전자회로 스터디 1차시
큰그림
- 전자회로1,2 - 아날로그 회로를 공부하자
- 아날로그 회로는 Amp로 구성
- amp는 뭐로 구성? 트랜지스터 bjt, mos로 구성
- 트랜지스터는 반도체 ntype ptype로 구성
- 반도체는 실리콘으로 구성
- 실리콘은 공유결합으로 구성
결론
- amp를 동작시키면 아날로그 회로를 동작
- amp를 컨트롤 = 반도체를 동작
- 반도체는 에너지를 줘서 작동 - 열, 전압
- 전류가 흐른다 = 작동한다
- 전류가 얼만큼 흐르냐 = 전자가 몇개가 움직이는지
공유결합
- 회로에서의 전자 = 자유전자
- 결합이 깨지는 이유
- 열에너지 흡수 - 진동 - 힘을 가짐 - 공유결합 깨짐
- 전자(자유전자)가 생기면 정공(hole)이 생긴다
캐리어
- 반도체 내 전류의 흐름을 발생시키는 것
- 에너지를 가지고 움직인다는 의미에서 캐리어라고 함
밴드갭 에너지
- 공유결합에서 전자를 떼어 놓는데 필요한 최소 에너지
- 구속되어있는 전자가 자유전자가 되기 위해 필요한 에너지
- 구속되어 있는 전자가 밴드갭 에너지 이상을 받으면 전자가 자유전자가 되어 자유롭게 이동
- 퍼즐 조각을 나오게 하는 힘 = 밴드갭 에너지
- 퍼즐 조각 하나가 전자
- 퍼즐 조각 빈자리가 홀
고유반도체, 외부반도체
- 고유반도체 = 진성반도체 = intrinsic semiconductor
- n*p = (n_i)^2
- 위 식은 고유반도체의 농도이다, 도핑의 정도와는 무관
- 도핑은 외부 반도체와 관련되어 있어서
- 외부 반도체 = extrinsic semiconductor= 진성반도체 + 불순물(dopant)
- = 도핑을 한 진성반도체
외부반도체 - n형 반도체 (donor)
- 최외각 전자가 4개보다 많은 경우의 반도체
- 자유 전자가 하나 이상 존재하는 반도체
- 전자의 개수 > 정공의 개수
- major carrier 전자 / minority carrier 정공
외부반도체 - p형 반도체(acceptor)
- 최외각 전자가 4개보다 적은 경우의 반도체
- 정공이 하나 이상 존재하는 반도체
- 전자의 개수 < 정공의 개수
- major carrier 정공 / minority carrier 전자
I = dq/dt
J = I/A = dq/dt*1/A
드리프트 drift
- 전기장이 가해진다 - 전자가 힘을 받아 움직인다 - 반대방향으로 전류가 흐른다
- 캐리어의 속도는 전기장과 비례
- 드리프트에 의한 전류밀도 = 정공에의한 전류밀도 + 전자에 의한 전류밀도
확산 diffusion
- 물에 잉크가 한방울 떨어지면?
- 고농도에서 저농도 영역으로 전자가 퍼지는 현상
- 확산 = 전자가 이동 = 전류가 흐름
드리프트와 확산의 차이
- 외부 전기장에 의해 흐르는 전류 - 드리프트
- 전기장이 인가되지 않아도 흐르는 전류 - 확산
pn접합
- 접합하면 n형과 p형의 전자의 개수가 같지 않아 확산이 일어난다
- 확산 = 전자가 이동 = 전류가 흐름
- 확산에 의해 전자가 이동 - 각 영역의 전자의 개수가 변한다 - 각 영역의 농도가 변한다
- 이때 전자는 +를 좋아하니까 +쪽으로 가고, hole은 -를 좋아하니까 -로 간다
- 왜 다 결합 안해?
- 가운데 공핍영역 +,-에 의해 전기장이 생긴다
- 전기장이 확산전류를 막는다 = 전기장이 전자의 움직임을 막는다
- 전기장에 의한 전류 = 드리프트
- 드리프트 전류가 확산 전류를 상쇄한다 = 평형상태가 됐다 = 전류 x
- 처음에 diffusion의 힘이 더 세다가 이후에 drift에 의한 힘과 같아지는 순간 확산이 멈춤
- 이때 평형상태가 된다 - pn에 전류 x
- 중요 - t=무한대일떼, 전류는 흐르지 않지만 전압은 존재
- 이 전압이 built-in potential이 된다
- 전기장이 계속 걸려 있는데 움직이지 않을 뿐임
- 이것보다 큰 전압을 가하면 전류가 흐름
- 이를 bias라 함 forward bias, reverse bias
