물리전자_#11.PN공핍영역 폭의 변화(순방향,역방향)

1.내부전위(전압인가 x)

N형과 P형을 붙이고 전압을 인가하지 않으면

페르미준위는 같으므로 다음과 같은 그래프가 나온다

이때는 드리프트와 확산이 힘의 평형을 유지 하므로 전류가 흐르지 않는다

 

2.순방향전압 인가

전압을 인가하면 별개의 페르미 준위 레벨을 가지게 된다

n형에 -을 인가하고 p형에 +를 인가했으므로 에너지 차이는 줄어든다

그러면 내부전압도 줄어들고 드리프트에 비해 확산의 힘이 커져서 전류가 흐르게 된다

 

3.역방향전압 인가

역시 전압을 인가하면 별개의 페르미 준위를 가지게 된다

역방향의 경우 n형에 + , p형에는 -를 인가하면 에너지 차이는 커진다

그러면 내부전압 차이가 커지고 더욱 전자가 이동하기가 어려워진다

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전압이 인가되지 않았을때 위치에 따른 전자볼트 , 전압, 전하량 ,전기장의 그래프를 살펴보자

1.전자볼트

페르미준위가 Ev에 가까우면 p형이고 Ec에 가까우면 n형임을 알 수 있다.

외부전압이 인가되지 않았으므로 전류는 흐르지 않고 페르미 준위는 1개를 유지한다

즉, 공핍영역에서 전류가 흐르지 않고 위와같이 기울기가 없다

 

2.전하량

전하는 4개로 나뉜다 -n,p,-Na,Nd

공핍영역에서는 확산에 의해서 서로 결합하므로 유동적인 캐리어들은 없고 고정된 전하만이 존재한다( n=p=0)

즉,  p형에서는 -Na , n형에서는 +Nd만이 존재 한다

p형의 전하량  = -q*Na

n형의 전하량  =  q*Nd

3.전기장

포아송 방정식을 이용하면 전하량으로 전기장,전압을 알 수 있다.

전하량 그래프를 적분하게 되면 위와 같이 전기장을 구할 수 있다.

(Xp,Xn인 지점에서 E=0임을 이용)

x=0인 지점에서 전기장이 연속하므로 다음과 같은 식이 나온다

 

4.전압

정의로 보면 1C의 전하를 A지점에서 B지점으로 옮기는데 드는 에너지(일)이다

즉 옮기는데 드는 에너지란 결국 1클룽 기준으로 특정지점의 에너지를 말하는것이다!! -> [J/C]

 

이는 스칼라로 방향성은 없다

이를 미분하고 음의 방향을 주면 전기장을 나타낼수 있다.

즉,특정지점의 전압을 알면 그 지점의 전기장을 알 수 있다

 

반대로 전기장을 적분하게 되면 전압을 구할 수 있다.

위와같은 그래프가 나옴을 알 수 있다.

바로 이 전압이 내부전압이고 이 떄문에 전자가 넘어가지를 못한다

외부에 순방향 전압을 가하면 이 크기가 줄어들어 전자가 넘어가 전류가 흐르고

         역방향 전압을 가하면 이 크기가 더 커져 전자가 넘어가지 못해 전류가 흐르지 못하는 것이다

 

여기서 관계식을 하나 꺼내보자,

전압은 전기장 그래프를 적분하면 구할 수 있으므로 다음과 같은 관계식을 도출 할 수 있다

(삼각형의 넓이)

 

내부전압 Vbi를 안다면 W를 구할 수 있다

W는 Xn+Xp로 공핍영역의 길이를 의미한다

다음과 같이 근사 가능

*예제추가

*참고한 블로그

e-funny.tistory.com/71

9강. PN접합의 이해 (PN Junction)

ghebook.blogspot.com/2010/08/voltage.html

전압(電壓, Voltage)