📌 실리콘(Si)
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실리콘은 최 외각 전자가 4개로 다른 실리콘 원자들과 최외곽전자를 공유하며 단단하계 결합되어 있다.
- 원자는 최 외각 전제가 8개 일 때 가장 안전한 상태를 띈다.
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실리콘이 최외각전자 4개들을 공유하며 결합되어 있게 되면, 전자가 이동할 수 없어 전류가 흐르지 않는 상태를 유지하게 된다.
- → 순수한 실리콘(Si)은 전류가 통하기가 어렵다!
🤔 어떻게 전류를 흐르게 할까?
- 최외각 전자가 하나 부족한 원소를 첨가한다.
- 전자가 하나 부족한 원소를 넣어주면 빈 공간이 생기는 데 전자가 구멍을 메우기 위해 이동하면 전류가 흐르게 된다!
- 전자가 이동하는 반대방향으로 전류가 흐르게 되고, 마치 양전하가 이동하는 것처럼 보이게 된다.
- 하지만 사실 움직이는 것은 빈 공간이고, 이 빈 공간이 마치 양전하 처럼 보인다고 하여
양공이라고 한다
- 하지만 사실 움직이는 것은 빈 공간이고, 이 빈 공간이 마치 양전하 처럼 보인다고 하여
- 최외각 전자가 하나 더 많은 원소를 첨가한다.
- 추가된 전자는
자유 전자로 실리콘 사이를 자유롭게 이동하며 전류를 흐르게 해준다.
- 추가된 전자는
- 자유 전자가 하나 더 많은 반도체는 Negative의 N을 따서 N형 반도체
- 전자 하나가 부족한 반도체는 Positive의 P를 따서 P형 반도체라고 한다.
🤔 이 두 N형 반도체와 P형 반도체를 이어 붙여보자
- 처음에 N형 반도체와 P형 반도체를 이어 붙이면 N형 반도체의 자유 전자가 P형 반도체의 양공을 채우기 위해 넘어가게 된다.
- 중성 상태에 있던 원소가 전자를 하나 받게 되면 음전하를 띄고, 중성 상태에 있던 원소가 전자를 하나 잃게 되면 양전하를 띄게 된다.
- P형 반도체의 N형 반도체의 접한 부분에 음전하를 띄게 되고 전자들의 반발력에 의해 N형 반도체의 전자가 못 넘어가는 상황이 된다.
- 이 구간을 공핍 영역이라고한다. ← 서로 다른 전하를 가지는 면이 생성되어 + → -로 전기장이 형성된다.
🤔 전지를 연결해보자
- 아래의 사진 처럼 연결하게 되면 좌측에는 양전하가 붙고, 우측에는 자유 전자가 붙게 된다
- 즉, 공핍 영역이 더 넓어지고 전류(전하)는 통하지 않게 된다.
- 전류를 반대로 연결해보자
- 반대로 연결한다면 전류가 흐르게 된다.
- 자유 전자가 + 쪽으로 이동하고, 그로 인해 양공이 오른쪽으로 이동하게 된다.
- 저유 전자가 P형 반도체로 넘어가려 할때 공핍 영역의 반발력으로 인해 못 넘어 가지만, 연결된 전지의 전압에 의해 반발력을 이겨내고 넘어가게 된다.
- 이 후 전선을 타고 자유전자가 이동하고, 전류가 흐르게 된다.
- 저유 전자가 P형 반도체로 넘어가려 할때 공핍 영역의 반발력으로 인해 못 넘어 가지만, 연결된 전지의 전압에 의해 반발력을 이겨내고 넘어가게 된다.
📌 PNP, NPN 반도체
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PNP 반도체는 두개의 P형 반도체 사이에 얇은 N형 반도체를 두는 것이다.
- 왼쪽의 p-n 반도체에는 전지를 순방향으로 연결하고 오른쪽의 n-p형 반도체에는 전지를 역방향으로 연연결한다.
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그렇게 되면 p-n 반도체는 전류가 흐르고 n-p반도체에는 전류가 흐르지 않는다.
- 하지만, n형 반도체의 저항을 뛰어 넘을 정도의 큰 전류를 가하게 되면 양전하가 n형 반도체를 넘어 가게 된다.
- 그 때 가장 왼쪽에 연결된
-음전하로 이끌리게 되고 전류가 흐르게 된다. - 만약 역방향 전압을 더 가하게 된다면 전류는 더 잘 흐르게 될 것이다.
- 트렌지스터에는 PNP, NPN형 반도체가 들어 있다.
- 가운데 도선에 특정 전압을 걸어주면 전류가 흐르게 되는 것이다.
참고 자료
달려보자