반도체로 만든 PN 접합다이오드는 무슨 작용을 하는가?
- 증폭작용
- 정류작용
- 필터작용
- 변조작용
정답과 해설 보기
정답 ② · PN 접합다이오드의 기본 동작 작용을 묻는 문제이다. PN 접합다이오드는 순방향으로만 전류를 통과시키는 단방향 도통성을 가지므로 교류를 직류로 바꾸는 정류작용의 핵심 소자이다.
PN 접합 다이오드는 한쪽 방향의 전류만 통과시키는 정류작용을 하여 교류를 직류로 변환한다.
개념 한 쪽
전자캐드기능사 특수반도체소자(광전소자,사이리스터 등) — PN접합·도핑·FET 3정수
특수반도체소자에는 PN 접합 다이오드, 터널 다이오드, 열전 소자, 트랜지스터 계열과 사이리스터 같은 구조가 포함된다. 이들 소자는 접합 구조와 도핑 종류에 따라 정류, 증폭, 발진, 열전 변환 등 서로 다른 기능을 수행하므로 소자별 기본 특성과 대표 응용을 구분하는 것이 핵심이다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「특수반도체소자(광전소자,사이리스터 등)」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 다이오드 기본 기능 판단 | 1 | 다이오드의 정류 작용과 단방향 도통성을 묻는다 |
| 접합 구조와 소자 구별 | 1 | 소자 이름과 접합 층수를 대응하여 적합한 접합을 고른다 |
| 도핑 원소 구분 | 1 | P형·N형을 만드는 불순물의 원자가 수 차이를 묻는다 |
뜻
PN 접합 다이오드는 P형과 N형 반도체의 접합으로서 한쪽 방향으로 전류만 통과시키는 정류작용을 한다. PN 접합은 두 영역의 경계에 공핍층을 형성하여 단방향 도통성을 제공하므로 교류를 직류로 변환하는 데 핵심적으로 사용된다.
반도체의 P형과 N형은 도핑 원소의 원자가 전자 수로 구분한다. P형은 원자가 전자가 3개인 3가 불순물을 도핑하여 정공이 다수 캐리어가 되게 하고, N형은 원자가 전자가 5개인 5가 불순물을 도핑하여 과잉전자가 다수 캐리어가 되게 한다. 대표적인 3가 불순물로는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In), 대표적인 5가 불순물로는 비소(As), 인(P) 등이 있다.
트랜지스터 계열 가운데 전압으로 전류를 제어하는 소자는 전계형 트랜지스터(FET)로, FET의 주요 성능 지표로 '3정수'가 사용된다. 3정수는 증폭정수(μ), 드레인 저항(rd), 그리고 상호전달컨덕턴스(gm)로 구성되며, 전류증폭율 hfe는 BJT의 파라미터이므로 FET의 3정수에 속하지 않는다.
특수 소자별로 고유한 현상과 응용이 있다. 터널 다이오드는 음의 저항 특성을 가져 고주파 발진 회로에 주로 사용되고, 제벡(Seebeck) 효과는 서로 다른 두 도체 또는 반도체 접속점에 온도차를 주면 기전력이 발생하는 열전효과이다. 사이리스터는 PNPN 구조로 트리거에 의해 도통 상태를 유지하는 소자이므로 다이오드나 일반 트랜지스터와 구별한다.
예제
트랜지스터의 전류 관계 문제는 단위 통일과 합산 원리를 적용하면 풀이 가능하다. 예를 들어 이미터 접지 회로에서 IB가 50[㎂], IC가 3.65[㎃]일 때 에미터 전류 IE는 IE = IB + IC 공식을 이용해 구한다. 50[㎂]는 0.05[㎃]이므로 IE = 0.05[㎃] + 3.65[㎃] = 3.7[㎃]가 된다.
소자 분류 문제는 접합 층 수와 기능을 기준으로 판단한다. 정류가 목적이면 PN 접합을 떠올리고, 트랜지스터는 PNP/NPN의 3층 구조, 사이리스터는 PNPN의 4층 구조를 기준으로 답을 고른다.
대표 기출 3문항
다음 중 정류 작용하는 다이오드의 접합으로 가장 적합한 것은?
- PN 접합
- PNP 접합
- NPN 접합
- PNPN 접합
정답과 해설 보기
정답 ① · 정류 작용을 하는 다이오드의 접합 구조를 묻는 문제이다. 다이오드는 P형과 N형 반도체가 한 번 접합된 PN 접합 구조로, 접합면의 공핍층에 의해 한 방향으로만 전류가 흐르는 정류 특성을 가진다.
단일 접합 구조인 PN 접합이 정류 작용을 하며, PNP/NPN은 트랜지스터, PNPN은 사이리스터의 구조입니다.
다음 중 P형 반도체를 만드는 불순물 원소가 아닌 것은?
- 비소(AS)
- 갈륨(Ga)
- 붕소(B)
- 인듐(In)
정답과 해설 보기
정답 ① · P형 반도체를 만드는 불순물이 아닌 원소를 찾는 문제이다. P형 반도체는 3가 불순물을 순수 반도체에 첨가하여 정공을 다수 캐리어로 만드는 것이며, 갈륨(Ga), 붕소(B), 인듐(In)이 여기에 해당한다.
P형 반도체는 3가 불순물을 사용하며, 비소는 5가 원소로 N형 반도체를 만든다.
자주 묻는 물음
- PN 접합 다이오드의 기본 역할은 무엇인가?
- PN 접합 다이오드는 한쪽 방향의 전류만 통과시키는 정류작용을 하여 교류를 직류로 변환하는 데 사용된다.
- P형과 N형 반도체를 만드는 불순물의 차이는 무엇인가?
- P형은 3가 불순물을 도핑하여 정공을 다수 캐리어로 만들고, N형은 5가 불순물을 도핑하여 과잉전자를 다수 캐리어로 만든다. 예컨대 비소(As)는 5가 원소이므로 N형 도핑에 해당한다.
- FET의 3정수와 BJT의 hfe는 어떻게 구분하나?
- FET의 3정수는 증폭정수(μ), 드레인 저항(rd), 상호전달컨덕턴스(gm)이며, hfe는 BJT의 직류 전류 이득으로 FET의 정수에 포함되지 않는다.
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