PN Junction 2

 

 

p-type에 양의 전압을 가하면 p-type의 에너지 밴드는 내려가게 됩니다.

 

에너지 밴드는 상대적인 비교이기 때문에 n-type 쪽의 에너지 밴드가 올라간다고 말할 수도 있습니다.

 

built-in potential barrier가 낮아지면서 전자와 홀이 이동할 수 있게 됩니다.

 

전기적으로 전자가 (+) 극인 p-type으로 끌려가고, 홀이 (-) 극인 n-type 쪽으로 끌려가기 때문에 전류가 흐르기 쉬워진다고 해석할 수도 있습니다.

 

 

p-type 에 음의 전압을 가하면 p-type의 에너지 밴드는 올라가게 됩니다.

 

에너지 밴드는 상대적인 비교이기 때문에 n-type 쪽의 에너지 밴드가 내려간다고 말할 수도 있습니다.

 

built-in potential barrier가 높아지면서 전자와 홀이 이동할 수 없게 됩니다.

 

전기적으로 전자가 (+) 극인 n-type으로 끌려가고, 홀이 (-)극인 p-type 쪽으로 끌려가기 때문에 전류가 흐르기 쉬워진다고 해석할 수도 있습니다.

 

 

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이론적으로 forward bias에서 전류가 흐르며 reverse bias 에서 전류가 흐르지 않습니다. 하지만 그래프를 통해 알 수 있듯, reverse bias 상태에서 특정 전압 이상을 가하면 PN junction에서 갑자기 전류가 통과됩니다.

 

이 현상을 break down 현상이라고 부르며 Zener effect와 Avalanche effect가 있습니다.

 

Zener effect는 양자역학적 tunneling 효과에 기반을 두고 있습니다. 터널링은 입자가 잠재적인 장벽을 통과하는 양자역학적 현상입니다. 

 

리버스 바이어스 상태에서 전압이 충분히 높아지고 도핑농도가 높을 때, N-타입 반도체의 전자가 depletion region을 통과하거나 tunneling하여 P-타입 반도체로 이동할 수 있게 됩니다. 이로 인해 전류가 흐르게 됩니다.

 

 

 

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Zener diode는 그 특성상 전압 보호 회로에 널리 사용됩니다. 

 

Zener diode는 특정 'Zener voltage’ 이상에서 전류를 통과시키기 시작하므로, 이 특성을 이용하여 회로를 과도한 전압으로부터 보호할 수 있습니다. 예를 들어, Zener diode를 회로에 병렬로 연결하고 전압이 Zener voltage을 초과하게 되면  Zener diode가 전류를 통과시키기 시작합니다. 

 

이로 인해 회로의 전압은 Zener voltage에 맞춰 제한되며, 이는 회로를 과도한 전압으로부터 보호합니다. 이러한 특성 때문에 Zener diode는 전력 공급 장치나 전압 레귤레이터, 그리고 다른 전자 장치에서 과도한 전압으로부터 회로를 보호하는 데 사용됩니다. 이는 전자 장치의 안정성과 수명을 늘리는 데 중요한 역할을 합니다.

 

Avalanche effect는 전자가 depletion region을 통과하면서 충분한 에너지를 얻고, 이 에너지로 인해 다른 전자를 원자로부터 떼어내는 과정에 기반을 두고 있습니다. 이렇게 떼어진 전자들은 또 다른 전자를 떼어내는 과정을 반복하며, 이는 'Avalanche'라는 이름처럼 눈사태와 비슷한 연쇄 반응을 일으킵니다. 이로 인해 전류가 급격히 증가하게 됩니다.

 

Avalanche diode는 Zener diode와 비슷하게 주로 전력 전자 시스템에서 전압 조절 및 보호 목적으로 사용됩니다. Zener effect와 Avalanche effect는 모두 reverse bias 상태에서 PN 접합이 전류를 통과시키는 두 가지 메커니즘이지만, 그 원리는 다릅니다.  Zener effect는 양자역학적 tunneling에 기반을 두고 있으며, Avalanche effect는 충돌 이온화에 기반을 두고 있습니다. 이 두 효과는 종종 함께 일어나며, 이는  Zener -Avalanche diode에서 볼 수 있습니다.