다이오드,순방향 바이어스

평형 상태에서는 pn접합을 통해 움직이는 전자가 없다.즉,전자의 흐름이 전류이기 때문에 pn접합을 통해 흐르는 전류는 없다.전자 공학에서 바이어스라는 것은 전자 소자로 하여금 임의의 동작 조건을 설정하기 위해 사용하는 직류 전압을 의미한다.pn접합에 가하는 두가지 바이어스 조건이 있다.하나는 순방향 바이어스,하나는 역방향 바이어스이다.

 

순방향 바이어스:다이오드에 바이어스를 가한다는 것은 pn 접합 양단에 외부 직류 전압을 인가함을 의미한다.순방향 바이어스란 pn접합을 통해 전류가 흐르는 조건을 말하며,순방향 바이어스를 만들기 위해 다이오드 양단에 직류 전원을 도체물질로 연결한다.외부 바이어스 전압은 바이어스로 표기 한다.저항 R은 다이오드를 파괴하지 않도록 전류를 제한하는 역할을 한다.

 

바이어스의 (-)쪽은 다이오드의 n영역에,(+)쪽은 P영역에 연결해야 하며,이것이 순방향 바이어스를 위한 첫번째 필요 조건이다.두번째 필요조건은 바이어스 전압 이 장벽 전위보다 커야 한다.서로 같은 전하는 밀치기 때문에 바이어스 전압의 (-)단자는 n영역의 다수 반송자인 자유전자를 pn접합 쪽으로 밀어낸다.이 자유 전자의 흐름을 전자 전류라고 한다.또한 전원의 (-)단자는 전원과 n영역과의 외부 연결을 통해 계속 n영역 쪽으로 전자를 공급한다.

 

바이어스 전압원은 자유전자에게 충분한 에너지를 공급하여 자유전자가 공핍층 내의 장벽 전위를 기어오르게 한 후 p형 영역 내로 움직이게 만든다.일단 p영역으로 자유전자가 이동하면 이들 전도대의 전자는 즉시 에너지를 잃고 가전자대의 정공과 결합한다.

전자는 p영역의 가전자대에 있는데 이들 전자가 너무 많은 에너지를 잃어 장벽 전위를 기어 오를 수 없어 전도대에 머물 수 없기 때문이다.반대 극성의 전하는 서로 잡아당기기 때문에 바이어스 전압원의 +단자는 p영역의 왼쪽으로 가전자를 잡아 당긴다.

이렇게 형성된 p영역의 정공은 p영역의 가전자들에게 p영역 내를 움직일 수 있는 통로를 제공한다.따라서 전자는 왼쪽을 향하여 이 정공에서 저 정공으로 움직인다.p영역의 다수 반송자인 정공은 결과적으로 접합을 향하여 오른쪽으로 움직이는 셈이다.이와 같이 결과적인 정공의 흐름을 정공 전류라고 한다.정공 전류는 p영역을 통해 흐르는 가전자의 흐름으로 간주할 수 있으며,정공은 이들 가전자가 흐를 수 있는 유일한 수단이 된다.

 

전자가 외부 연결도체를 통하여 p영역을 벗어나 바이어스 전압원의 (+)단자로 흐르게 되면 p영역에 정공을 남긴다.이와 동시에 p영역을 벗어난 이들 전자는 금속도체내의 전도 전자가 된다.따라서 도체 내의 전자가 자유전자가 되는데 필요한 에너지는 반도체 내에서 전자가 자유전자가 되는데 필요한 에너지와 비교했을때 거의 에너지 소모가 없다.

마치 정공이 접합을 향해 움직인다고 생각하면 접합을 가로질러 n영역에서 p영역으로 오는 일련의 전자들과 정공이 결합한다고 볼 수 있고 정공의 계속적인 유용성이 바로 이점이다.