#12 PN다이오드의 C-V특성

PN다이오드의 공핍층과 이에 따른 C-V 특성에 대해 포스팅하겠습니다!

 

공핍층의 두께는 아래와 같은 공식으로 쓸 수 있습니다.

Wdep 공식

P영역에서의 Wdep과 N영역에서의 Wdep

xp-xn은 pn접합을 x축에 놓고 가로로 보았을 때 공핍층의 시작과 끝을 나타내는 x좌표입니다. 유도과정을 적지 않았지만 N영역에서는 Nd가 Na보다 몇 order 단위로 크기 때문에 Nd는 생략할 수 있고, P영역에서는 반대로 Na를 생략할 수 있습니다. 저번 포스팅에서 saturation current가 그랬던 것처럼 Wdep은 소수 캐리어의 수에 절대적인 영향을 받게 되는 것입니다. (여기서 Φbi는 빌트인 전압, εs가 뜻하는 것은 실리콘의 유전율입니다.)

 

그렇다면 PN접합을 아래 그림처럼 하나의 '캐패시터'로 볼 수 있습니다.

 

공핍층에는 free carrier가 존재하지 않기 때문에 전류가 흐를 수 없는 insulator이므로 캐패시터로 생각할 수 있는 것입니다. 커패시턴스는 다음과 같이 정의할 수 있습니다.

 

이 커패시턴스가 중요한 이유는 소자가 스위칭 할 때 R-C delay에 영향을 주기 때문입니다. R-C delay가 커지면 소자의 speed가 줄게 되고  delay를 줄이려면 커패시턴스 Cdep을 줄여야 합니다. Cdep을 줄이려면 Wdep을 늘려야 하고, 위에 적은 Wdep 공식에 따르면 Φbi를 늘리거나, 소수 캐리어의 농도를 줄여야 합니다.

 

Φbi를 늘리려면 reverse bias를 가해주는 방법이 있는데, 여기서 다이오드에 reverse bias를 가해주고 전압 값마다 capacitance data를 구해주면 일정한 기울기를 가진 그래프가 나오게 됩니다.

 

즉 V-1/Cdep^2 그래프를 완성하게 되면 도핑 농도를 구할 수 있게됩니다.