PN접합에서 DC전압을 가했을 때의 전류와 전압 특성에 대해서 알아보겠습니다. 수식보다는 정성적인 해석을 통해 설명 드리겠습니다.
위 그림은 PN접합 다이오드에 foward bias를 가한 상태입니다. 외부 전압에 의해 평소보다 밴드다이어그램의 장벽이 낮아져 n부분의 다수 캐리어인 전자가 diffusion에 의해 p로 흐르고, p부분의 다수 캐리어인 정공 역시 diffusion에 의해 n으로 흐릅니다. 소수 캐리어도 외부 전압에 의해 생긴 전기장으로 인해 drift current가 되어 흐르지만 워낙 미미하여 무시해도 될 수준입니다. 위 그림에서 exponentially라고 쓴 부분은 장벽이 낮아지면 낮아질 수록 반대쪽으로 넘어가는 캐리어의 숫자가 e^x 그래프처럼 기하급수적으로 커진다는 의미입니다.
반면에 reverse bias를 가하게 되면 배리어가 높아지면서 diffusion에 캐리어들은 크게 감소하게 되고 미세한 drift current만 꾸준하게 흐르고 있죠. 이 전류를 Io, saturation current라고 합니다. 그렇다면 그래프를 통해 전류-전압 특성 그래프를 그릴 수 있게 됩니다.
위 그림들을 종합해서 이러한 전압-전류 그래프를 그릴 수 있습니다. 특정 전압을 가해주면 전류가 흐르고 그렇지 않으면 거의 미세한 전류만 흐르게 되는 이러한 특성으로 다이오드를 스위치처럼 사용할 수 있게 되는 것입니다. 전류에 대한 공식은 위와 같이 나타낼 수 있습니다.
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