실험 1 : 다이오드 특성 (Diode Characteristic)

【 이론 】

반도체 다이오드는 한쪽 방향으로는 전류를 잘 통과시키지만 반대 방향으로는 거의 전류를 통과시키지 않는다. 이것은 순방향 저항은 낮은 반면에 역방향 저항은 매우 높기 때문이다. 모든 반도체 다이오드는 대체적으로 단방향적 특성을 가지고 있다.

순방향 전류

그림 5-1(a)와 같이 전원을 pn접합 다이오드의 p형쪽에 +극을 n형쪽에 대하여 -극을 연결할 때 순방향전압(forward voltage) 또는 순방향 바이어스(bias)가 걸려있다고 말한다. 이 때 다이오드를 통하여 큰 전류 즉, 순방향 전류 (forward current)가 흐른다. 이는 p영역의 hole이 n영역으로, n영역의 전자가 p영역으로 활발히 흐름으로인해 p영역에서 n영역으로 큰 전류

$$ I~

가 흐르게 된다.

역방향 전류

그림 5-1(b)와 같이 pn접합 다이오드에 외부전압이 n형쪽에 +, p형쪽에 -가 되도록 가해질 때 역방향전압(reverse voltage) 또는 역방향 바이어스(bias)가 걸렸다고 말한다. 이때 다이오드를 통해 극히 미약한 전류 즉, 역포화전류(reverse saturation current)가 n영역에서 p영역으로 흐른다. 이 전류는 낮은 역방향전압에서 쉽게 최대치에 도달하며 역방향 전압을 높여도 그 이상 더 커지지 않으므로 역포화전류

$$ (I_s )

라고 부른다.

다이오드의 전류식

이상적인 다이오드에 흐르는 전류는 다음과 같이 표시된다.

위식에서

$$ V_T = T / 11,600

(상온에서 26mV), T는 절대온도,

$$ I_s

는 역포화전류이고

$$ n

는 Ge에 대해서는 1, Si에 대해서는 2의 값을 가지는 정수이다. 위 식에서 보면 V=0이면 I=0이 되고 V > 0.1V인 경우

$$ I CONG I_s epsilon ^40V

에의해

$$ I~

는 지수적으로 증가하고 V < -0.1V인 경우

$$ I CONG I_s

로 포화상태가 된다. 그림 5-2는 접합 다이오드의 v-i특성을 나타내며, 그림 5-2(b)는 Germanium 다이오드와 Silicon 다이오드의 v-i특성을 나타낸 것이다. 이 그림 5-2(b)에서 Si 다이오드는 약 0.7V, Ge 다이오드에서는 약 0.2 V 이상에서 전류가 급격히 증가함을 볼 수 있다. 이 전압을 다이오드의 cutin 전압 또는 문턱전압 (threshold voltage)이라고 한다.