반도체는 우리 사회에 기념비적인 영향을 미쳤습니다. 트랜지스터뿐만 아니라 마이크로프로세서 칩 의 중심에도 반도체가 있습니다. 컴퓨터화되거나 전파를 사용하는 모든 것은 반도체에 의존합니다.
오늘날 대부분의 반도체 칩과 트랜지스터는 실리콘 으로 만들어집니다 . "실리콘 밸리" 및 "실리콘 경제"와 같은 표현을 들어보셨을 것입니다. 그래서 실리콘은 모든 전자 장치의 핵심입니다.
다이오드는 가장 간단한 반도체 소자이며, 당신은 반도체의 작동 방식을 이해하려면, 따라서 훌륭한 시작점이다. 이 기사에서는 반도체가 무엇인지, 도핑이 어떻게 작동하는지, 반도체를 사용하여 다이오드를 만드는 방법을 배우게 됩니다. 그러나 먼저 실리콘을 자세히 살펴보겠습니다.
규소는 매우 흔한 원소입니다. 예를 들어 모래와 석영의 주요 원소입니다. 주기율표 에서 "실리콘"을 보면 알루미늄 옆, 탄소 아래, 게르마늄 위에 있음을 알 수 있습니다.
탄소, 규소 및 게르마늄(게르마늄은 규소와 마찬가지로 반도체임)은 전자 구조에서 고유한 특성을 가지고 있습니다. 각 원자는 외부 궤도에 4개의 전자를 가지고 있습니다. 이것은 그들이 좋은 결정을 형성하도록 합니다. 4개의 전자는 4개의 인접한 원자 와 완벽한 공유 결합을 형성하여 격자를 만듭니다. 탄소에서 우리는 결정 형태를 다이아몬드 로 알고 있습니다. 실리콘에서 결정 형태는 은빛의 금속처럼 보이는 물질입니다.
금속은 일반적으로 원자 사이를 쉽게 이동할 수 있는 "자유 전자"를 가지고 있고 전기는 전자의 흐름을 포함하기 때문에 전기의 좋은 전도체인 경향이 있습니다. 실리콘 결정은 금속처럼 보이지만 실제로는 금속이 아닙니다. 실리콘 결정의 모든 외부 전자는 완전한 공유 결합에 관여 하므로 이동할 수 없습니다. 순수한 실리콘 결정은 거의 절연체에 가깝 습니다. 거의 전기가 흐르지 않습니다.
하지만 도핑이라는 과정을 통해 이 모든 것을 바꿀 수 있습니다.
도핑 실리콘
실리콘의 거동을 바꾸고 도핑 하여 도체로 만들 수 있습니다. 도핑에서는 실리콘 결정에 소량의 불순물 을 혼합합니다 .
불순물에는 두 가지 유형이 있습니다.
- N형 - N형 도핑 에서 실리콘에 인 또는 비소 를 소량 첨가합니다. 인과 비소는 각각 5개의 외부 전자를 가지고 있으므로 실리콘 격자에 들어갈 때 위치가 맞지 않습니다. 다섯 번째 전자는 결합할 것이 없으므로 자유롭게 이동할 수 있습니다. 전류가 실리콘을 통해 흐를 수 있도록 충분한 자유 전자를 생성하는 데는 매우 적은 양의 불순물만 필요합니다. N형 실리콘은 좋은 전도체입니다. 전자는 음전하를 가지므로 N형이라는 이름이 붙습니다.
- P형 - P형 도핑에서 붕소 또는 갈륨 이 도펀트입니다. 붕소와 갈륨은 각각 외부 전자가 3개뿐입니다. 실리콘 격자에 혼합되면 실리콘 전자가 결합할 수 없는 격자에 "구멍"이 형성됩니다. 전자가 없으면 양전하 효과가 나타나므로 P형이라는 이름이 붙습니다. 구멍은 전류를 전도할 수 있습니다. 정공은 이웃으로부터 전자를 행복하게 받아 공간 위로 정공을 움직입니다. P형 실리콘은 좋은 전도체입니다.
N형 또는 P형 도핑의 미세한 양은 우수한 절연체의 실리콘 결정을 실행 가능한(그러나 크지는 않은) 전도체로 바꾸므로 "반도체"라는 이름이 붙습니다.
N형과 P형 실리콘은 그 자체로 놀라운 것은 아닙니다. 그러나 그것들을 합치면 교차점에서 매우 흥미로운 행동을 보게 됩니다. 이것이 다이오드에서 일어나는 일입니다.
다이오드는 가장 단순한 반도체 장치이다. 다이오드는 전류가 한 방향으로 흐르도록 허용하지만 다른 방향으로는 흐르지 않습니다. 경기장이나 지하철역에서 사람들이 한 방향으로만 통과할 수 있는 개찰구를 본 적이 있을 것입니다. 다이오드는 전자의 단방향 회전식 회전식 문입니다.
이 다이어그램과 같이 N형과 P형 실리콘을 함께 넣으면 다이오드에 고유한 특성을 부여하는 매우 흥미로운 현상이 나타납니다.
N형 실리콘 자체가 전도체이고 P형 실리콘 자체도 전도체이지만 그림과 같은 조합은 전기를 통하지 않습니다. N형 실리콘의 음의 전자는 배터리 의 양극 단자에 끌립니다 . P형 실리콘의 양극은 배터리의 음극 단자에 끌립니다. 정공과 전자가 각각 잘못된 방향으로 움직이기 때문에 접합부를 가로질러 전류가 흐르지 않습니다.
배터리 를 뒤집 으면 다이오드가 전기를 잘 전도합니다. N형 실리콘의 자유 전자는 배터리의 음극 단자에 의해 반발됩니다. P형 실리콘의 구멍은 양극 단자에 의해 반발됩니다. N형과 P형 실리콘 의 접합부 에서 정공과 자유전자가 만난다. 전자는 구멍을 채웁니다. 그 정공과 자유 전자는 더 이상 존재하지 않고 새로운 정공과 전자가 생겨나 그 자리를 차지합니다. 그 효과는 전류가 접합부를 통해 흐른다 는 것입니다 .
다음 섹션에서는 다이오드와 트랜지스터의 용도를 살펴보겠습니다.
다이오드 및 트랜지스터
한 방향의 전류는 차단하고 다른 방향의 전류는 차단하는 소자를 다이오드 라고 합니다 . 다이오드는 여러 가지 방법으로 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 배터리를 사용하는 장치에는 배터리를 뒤로 삽입할 경우 장치를 보호하는 다이오드가 포함되어 있는 경우가 많습니다. 다이오드는 전류가 역전될 경우 배터리에서 나가는 전류를 차단합니다. 이는 장치의 민감한 전자 장치를 보호합니다.
반도체 다이오드의 동작은 다음 그래프와 같이 완벽하지 않습니다.
때 역방향 바이어스 이상적인 다이오드 모든 전류를 차단한다. 실제 다이오드는 아마도 10 마이크로암페어를 통과 시킬 수 있습니다. 많지는 않지만 여전히 완벽하지는 않습니다. 그리고 충분한 역 전압 (V)을 가하면 접합이 끊어지고 전류가 흐르게 됩니다. 일반적으로 항복 전압은 회로에서 볼 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 전압이므로 관련이 없습니다.
순방향 바이어스 일 때 다이오드를 작동시키는 데 필요한 소량의 전압이 있습니다. 실리콘에서 이 전압은 약 0.7볼트입니다. 이 전압은 접합부에서 정공-전자 결합 프로세스를 시작하는 데 필요합니다.
다이오드와 관련된 또 다른 기념비적인 기술은 트랜지스터입니다. 트랜지스터와 다이오드는 공통점이 많습니다.
트랜지스터
트랜지스터를 사용하여 만든 삼층 아닌 다이오드에 사용되는 2 층. NPN 또는 PNP 샌드위치를 만들 수 있습니다. 트랜지스터는 스위치 또는 증폭기 역할을 할 수 있습니다.
트랜지스터는 연속적으로 두 개의 다이오드처럼 보입니다. 백투백 다이오드가 양방향으로 전류를 차단하기 때문에 트랜지스터를 통해 전류가 흐를 수 없다고 상상할 수 있습니다. 그리고 이것은 사실입니다. 그러나 샌드위치 중앙층 에 작은 전류를 인가하면 샌드위치 전체에 훨씬 더 큰 전류가 흐를 수 있습니다. 이것은 트랜지스터에 스위칭 동작을 제공합니다 . 작은 전류는 더 큰 전류를 켜고 끌 수 있습니다.
실리콘 칩은 수천 개의 트랜지스터를 수납 할 수있는 실리콘의 조각이다. 트랜지스터는 스위치로서 동작하면 만들 수 부울 게이트 및 부울 게이트하면 만들 수 마이크로 칩 .
실리콘에서 도핑된 실리콘, 트랜지스터, 칩으로의 자연스러운 진행은 마이크로프로세서와 기타 전자 장치를 오늘날의 사회에서 매우 저렴하고 유비쿼터스하게 만든 것입니다. 기본 원리는 의외로 간단합니다. 기적은 오늘날 수천만 개의 트랜지스터를 단일 칩에 저렴하게 형성할 수 있을 정도로 이러한 원리를 지속적으로 개선한 것입니다.
반도체, 다이오드, 칩 등에 대한 자세한 정보는 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.
원래 게시: 2001년 4월 25일
