반도체 기초
개요
현대 기술은 반도체 라 불리는 재료 덕분에 가능합니다. 모든 능동 부품, 집적 회로, 마이크로 칩, 트랜지스터는 물론 많은 센서가 반도체 재료로 제작됩니다. 실리콘은 전자 제품에 사용되는 가장 널리 사용되고 가장 잘 알려진 반도체 재료이지만 게르마늄, 갈륨 비소, 실리콘 카바이드 및 유기 반도체를 포함하여 광범위한 반도체가 사용됩니다. 각 재료는 비용 / 성능 비율, 고속 작동, 고온 또는 신호에 대한 원하는 응답과 같은 탁월한 이점을 테이블에 제공합니다.
반도체
반도체를 매우 유용하게 만드는 이유는 제조 과정에서 전기적 특성 및 동작을 정밀하게 제어 할 수 있기 때문입니다. 반도체 특성은 불순물과 농도가 다른 효과를 나타내는 도핑이라고 불리는 과정을 통해 반도체에 소량의 불순물을 첨가함으로써 제어됩니다. 도핑을 제어함으로써, 전류가 반도체를 통해 이동하는 방식이 제어 될 수있다.
구리와 같은 전형적인 도체에서 전자는 전류를 전달하고 전하 캐리어 역할을합니다. 반도체에서 전자와 '홀'은 전자가 없으면 전하 캐리어 역할을합니다. 반도체의 도핑을 제어함으로써, 도전율 및 전하 캐리어는 전자 또는 홀 기반으로 맞춤화 될 수있다.
도핑에는 N 형과 P 형의 두 가지 유형이 있습니다. 전형적으로 인 또는 비소 인 N- 형 도펀트는 5 개의 전자를 가지며, 이는 반도체에 첨가 될 때 여분의 자유 전자를 제공한다. 전자는 음전하를 띠기 때문에이 방법으로 도핑 된 물질을 N 형이라고 부릅니다. 붕소 및 갈륨과 같은 P 형 도펀트는 단지 3 개의 전자를 가지므로 반도체 결정에 전자가 없기 때문에 효과적으로 홀 또는 양전하를 생성하므로 P 형이라고 부른다. N 형과 P 형 도펀트는 미세한 양으로도 반도체를 괜찮은 도체로 만들 것입니다. 그러나 N 형 반도체와 P 형 반도체는 그 자체만으로 특별한 것은 아니며 괜찮은 컨덕터입니다. 그러나 PN 접합을 형성하면서 서로 접촉하면 아주 다른 매우 유용한 동작을 얻게됩니다.
PN 정션 다이오드
PN 접합은 각 재료와 달리 도체처럼 작동하지 않습니다. PN 접합은 한 방향으로 만 전류를 흐르게하는 대신 전류를 한 방향으로 흐르게하여 기본 다이오드를 생성합니다. 순방향 (순 바이어스)으로 PN 접합을 가로 질러 전압을인가하면 N 형 영역의 전자가 P 형 영역의 홀과 결합하는 것을 돕는다. 다이오드를 통해 전류의 흐름 (역 바이어스)을 역전 시키려고하면, 전자와 정공이 분리되어 접합부를 통해 전류가 흐르는 것을 방지한다. 다른 방법으로 PN 접합을 결합하면 트랜지스터와 같은 다른 반도체 부품에 대한 문이 열립니다.
트랜지스터
기본 트랜지스터는 다이오드에 사용되는 2 개가 아닌 3 개 N 형 및 P 형 접합의 결합으로 만들어집니다. 이들 물질을 결합하면 바이폴라 접합 트랜지스터 또는 BJT로 알려진 NPN 및 PNP 트랜지스터가 생성된다. 중앙 또는베이스 영역 BJT는 트랜지스터가 스위치 또는 증폭기의 역할을하도록합니다.
NPN과 PNP 트랜지스터는 두 개의 다이오드가 연속적으로 배치 된 것처럼 보이지만 모든 전류가 어느 방향 으로든 흐르지 못하게합니다. 중앙 층이 순방향 바이어스되어 작은 전류가 중심 층을 통해 흐를 때, 중심 층으로 형성된 다이오드의 특성이 변하여 훨씬 더 큰 전류가 전체 소자를 가로 질러 흐르게한다. 이 동작은 트랜지스터에 작은 전류를 증폭하고 전류 소스를 켜거나 끄는 스위치 역할을합니다.
고급형 특수 기능 트랜지스터에서부터 제어 다이오드에 이르기까지 다양한 방법으로 PN 접합을 결합하여 다양한 유형의 트랜지스터 및 기타 반도체 소자를 만들 수있다. 다음은주의 깊게 PN 접합을 조합하여 만든 구성 요소의 일부입니다.
- DIAC
- 레이저 다이오드
- 발광 다이오드 (LED)
- 제너 다이오드
- 달링턴 트랜지스터
- MOSFET을 포함한 전계 효과 트랜지스터
- IGBT 트랜지스터
- 실리콘 제어 정류기 (SCR)
- 집적 회로 (IC)
- 마이크로 프로세서
- 디지털 메모리 - RAM 및 ROM
센서
반도체가 허용하는 현재 제어 이외에도 효과적인 센서를 구현하는 속성도 있습니다. 온도, 압력 및 빛의 변화에 민감하게 반응 할 수 있습니다. 저항의 변화는 반도체 센서에 대한 가장 일반적인 응답 유형입니다. 반도체 특성에 의해 가능한 몇 가지 유형의 센서가 아래에 나열되어 있습니다.
- 홀 효과 센서 (자기장 센서)
- 서미스터 (저항 온도 센서)
- CCD / CMOS (이미지 센서)
- 포토 다이오드 (광 센서)
- 포토 레지스트 (광 센서)
- 압전 저항 형 (압력 / 변형률 센서)