반도체소자) BJT 기초 (1)

Neamen's Semiconductor Physics And Devices CHAPT12

 

BJT(Bipolar junction Transistor)

우리가 흔히 아는 npn, pnp형 트랜지스터가 이에 해당한다. 이들은 아래의 그림과 같다.

회로도에서 사용하는 그림도 함께 나타냈다. Emitter 부분의 색깔의 의미는 없으며, 회로도 상에서 색깔은 없다. 단지 내가 알아보기 쉽게 색을 칠해뒀다.

 

그림에서 n++, p++과 같은 표기는 매우 강하게 도핑 되었다는 의미이며, +의 의미는 적당히 도핑 되었다는 의미다.

각각의 scale이 감이 안잡힐 수 있는데, +가 붙지 않은 n, p는 약 10^15 cm^(-3)정도의 도핑이고, +가 붙을수록 약 10~100배 가량 도핑 세기가 강해진다고 생각하면 감이 잡힐 것이다.

 

이상적인 Transistor에서는 base의 영역에서 Recombination이 나타나지 않으므로, 실제로 구현하기 위해서는 base의 크기가 매우 작다.

 

 

트랜지스터까지 공부하기 전에 pn junction에 대해서는 질리도록 공부했을 것이다. 트랜지스터 또한 pn juntion의 성질을 이용한 것이다.

npn을 가정했을때, base에서 emitter방향으로 보면, p-n junction임을 알 수 있다.

또한, base에서 collector방향으로 보아도 p-n junction임을 알 수 있다.

 

순방향 bias시, 소수캐리어 분포는 아래와 같다.

이때, energy band diagram은 

이렇게 그려질 수 있으며, 열평형 상태 zero bias energy band diagram은 

이렇게 그려진다. 이때, n++의 도핑 세기에 따라 E_F 보다 E_C가 더 낮게 있을 수 도 있다.

 

zero bias와 forward bias의 캐리어 분포와 energyband diagram을 구분하기 쉽게 한번에 그리면 아래와 같다.

Forward bias에서 99%전하만 collector로 이동하는 이유는, base 영역에서 recombination이 발생했기 때문이다.

캐리어 농도 diagram의 base 영역에서 n이 직선이기 위해서는 recombination이 0인 ideal한 상태이고, 실제로는 recombination이 일어나며 그래프가 아래로 살짝 쳐지는 곡선이 나타난다.