[다이오드] 다이오드의 동작 원리

 다이오드는 n형 반도체와 p형 반도체를 붙여 한쪽으로만 전기가 흐르게 하는 회로 소자이다. n형 반도체는 다수의 자유전자가 존재하고 p형 반도체에는 다수의 정공이 존재한다.

 

 p형 반도체와 n형 반도체의 접합면에는 공핍층이라는 층이 생기게 되고 이를 넘기 위한 전위 장벽이 형성되게 된다. 이 공핍층을 넘어야 전류가 흐르게 되는데 이 공핍층의 전위장벽의 값이 다이오드의 순방향 전압이 된다.

 다이오드는 바이어스의 방향에 따라 순방향 바이어스와 역방향 바이어스로 나뉘어 진다.

 순방향 바이어스는 p형에 정공을 주입하고 n형에 전자를 주입하여 다수의 반송자들이 전위장벽을 쉽게 넘어가도록 바이어스를 가하는 것이다. 순방향 바이어스 시에는 공핍층 쪽으로 다수의 반송자들이 공급되면서 공핍층이 얇아지게 되어 전위 장벽 만큼의 바이어스가 가해지면 공핍층을 통과해 전류가 흐르게 된다.

 역방향 바이어스는 p형 영역에 - 전압 즉 전자를 n형 영역에 + 정공을 연결하게 되고 이로 인해 자석과 같이 다수의 반송자들을 바이어스 쪽으로 당기게 되고 이로 인해 공핍층의 크기가 증가하여 전류가 흐르지 않게 된다. 즉 공핍층의 증가로 전위장벽이 높아지고 이 전위장벽보다 높은 바이어스가 걸리지 않는 한 전류가 흐르지 않게 되는 것이다.

  순방향과 역방향 바이어스의 특성을 나타낸 그래프이다. 쉽게 말로 풀어보면 순방향 바이어스인 오른쪽에서는 순방향 전압인 0.7V를 넘기 전까지는 전류가 거의 흐르지 않다가 0.7V가 넘게되면 전류가 흐르게 된다. 즉 0.7V 이상만 되면 다이오드가 없는 것과 같이 전류가 흐르게 된다. 단 전압은 순방향 전압인 0.7V 만큼 강하가 되게 된다.

 역방향 바이어스의 경우 Vbr인 항복전압(Breakdown Voltage)까지는 전류가 흐르지 않고 항복전압을 넘어서면 전류가 거꾸로 흐르기 시작한다. 항복 전압을 넘어 전류가 흐를 때는 역방향 바이어스 전압을 계속 증가시켜도 다이오드 양단의 전압은 많이 증가하지 않으나 역전류는 계속 증가하게 되고 이로 인해 다이오드가 파손이 되기도 한다.