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지너다이오드
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목 적
지너다이오드의 특성과 동작원리를 이해하고, 정류전원, 이완발진기, 영점조절전압계 등의 예를 통하여 그 응용에 대해 알아본다.
이 론
(1) 항복현상과 그 이용
앞 실험에서 다이오드에 역방향바이어스를 걸어주면 역포화전류만이 흐르다가, 바이어스가 어느 수준을 넘어서면 역방향전류가 급격히 증가하는 항복현상이 일어남으로 바이어스가 지나치지 않은 범위 안에서 다이오드를 사용해야 한다고 설명한 바 있다. 보통 다이오드의 경우 항복현상이 일어나면 손상되게 되어 더 이상 사용할 수 없다. 이것은 큰 전류로 말미암아 다이오드에서 지탱할 수 있는 것 이상의 열이 발생하기 때문이다.
이러한 항복현상은 다이오드 접합면의 도핑정도에 따라 발생 이유를 다음과 같니 크게 두 가지로 대별할 수 있다. 접합부의 도핑이 조금만 되어 있을 경우에 일어나는 것이 사태항복현상이다. 역방향바이어스전압이 커질수록 공핍영역 안의 전계가 커질 것이고, 이 때문에 공핍영역 안을 지나가는 반송자들이 큰 에너지를 얻게 된다. 이러한 고에너지 반송자들이 공핍영역 안의 격자에 충돌하여 그때까지 가만히 Si원자에 붙어서 공유결합을 이루고 있던 전자를 들뜨게 하여 가전자대에서 전도대로 올려보냄으로써 전자-정공쌍을 만들어낸다. 이렇게 생겨난 전자-정공쌍 역시 큰 전계 때문에 큰 에너지를 얻어 다른 전자들을 들뜨게 한다. 이런 현상이 연쇄적으로 마치 산사태처럼 일어나서 전기전도에 기여할 수 있는 반송자들이 급격히 늘어나는 바람에 항복현상이 일어나는 것이다.
위와 같은 현상이 일어나는 공핍영역에 들어오거나 생겨난 전자가 전계에 따라 밀려가면서 큰 에너지를 얻고, 또한 반도체 격자와 충돌할 만한 공간적 여유가 있어야 한다. 만약 공핍영역이 너무 좁아서 전자들이 미처 큰 에너지를 얻어 충돌하기 전에 밖으로 나가버린다면, 이러한 현상은 일어나지 않을 것이다. 사태현상이 공핍영역이 넓은, 도핑을 작게 한 다이오드에서 주로 일어나는 것은 바로 이 이유 때문이다.
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2011.03.11
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