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300 K 이상 p-n 접합은 역방향에서 포화하고 순방향에서 지수적으로 증가한다

역방향 · −I₀에 가까운 포화

순방향 · 전압에 따른 지수 증가

300 K 이상식: I/I₀ = exp(qV/kBT) − 1. 역방향 항복·실물 소자의 직렬저항과 누설전류는 포함하지 않는다.

OpenStax의 이상 다이오드 식을 300 K에서 계산했다. 역방향 전류는 −I₀에 가까워지고, 순방향 전류는 전압에 따라 지수적으로 커진다. 두 패널의 세로축 눈금은 서로 다르다.

출처: 은광위키 · OpenStax 식과 NIST 2022 CODATA q·k 값 기반 · 은광위키 자체 제작 · OWN원본

텍스트로 자세히 설명

OpenStax University Physics Volume 3의 이상 p-n 접합 식 I/I₀ = exp(qV/kBT) − 1에 T=300 K를 넣고, NIST 2022 CODATA의 정확한 기본전하 q=1.602176634×10⁻¹⁹ C와 볼츠만 상수 kB=1.380649×10⁻²³ J/K를 사용해 계산한 설명용 이론 그래프다. 왼쪽 역방향 패널은 V=−0.05·−0.10·−0.20 V에서 I/I₀가 각각 약 −0.855·−0.979·−0.9996이 되어 −1에 가까워지는 모습을 보인다. 오른쪽 순방향 패널은 V=0.05·0.10·0.15·0.20 V에서 I/I₀가 각각 약 5.92·46.9·330·2,289로 증가하는 모습을 보인다. I₀는 역포화전류이므로 I/I₀는 특정 실물 다이오드의 암페어값이 아닌 정규화 비율이다. 두 패널은 서로 다른 세로축 눈금을 쓰므로 곡선 높이를 패널 사이에서 직접 비교하지 않고 눈금값을 읽어야 한다. 이 이상식은 온도를 300 K로 고정하고 이상계수 1을 가정하며, 실제 소자의 재결합·직렬저항·누설전류·자체 발열·제조 편차와 큰 역전압에서의 항복을 포함하지 않는다. 따라서 모든 실리콘 다이오드가 특정 전압에서 같은 전류를 낸다는 뜻이 아니며, 아래 다이오드 사진에서 전압–전류 관계를 측정한 값도 아니다.

p형과 n형의 접합은 전압 방향에 따라 전류 통로를 바꾼다

p형의 양공과 n형의 전자가 경계에서 만난다

전압 방향에 따라 전류 통로가 달라진다

p형과 n형의 주 운반자를 먼저 확인하고 → p(+)·n(−)인 순방향을 표시한 뒤 → 전압 방향에 따른 전류 통로 차이와 정류 작용을 판단한다.

p-n 접합은 p형과 n형 반도체를 맞붙인 구조다. 순방향으로 전압을 걸면 전류가 흐르기 쉬워지며, 한 방향으로 전류를 흐르게 하는 정류 작용을 한다.

출처: 은광위키 자체 제작 · OWN

텍스트로 자세히 설명

첫 패널은 왼쪽 p형 영역에 여러 양공을, 오른쪽 n형 영역에 여러 전자를 그리고 두 영역이 맞닿는 경계를 가운데 세운다. 양공과 전자 화살표는 경계 쪽으로 향한다. 둘째 패널은 두 전압 조건을 위아래로 비교한다. 위쪽 순방향은 p쪽에 플러스, n쪽에 마이너스를 연결하고 전류 화살표가 켜진 전구로 이어진다. 아래쪽 반대 전압 조건은 극성을 바꾸고 전류 길에 금지 표시를 두며 전구를 끈 상태로 그린다. 두 조건을 비교해 p-n 접합의 한 방향성을 눈으로 확인하게 한다.

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