다이오드 관련 면접 예상 질문과 답변

1. 왜 Si가 Ge보다 반도체 물질로 더 널리 사용되는지?

실리콘의 가전자가 핵에 더 가까운 3번째 각에 있는 반면 Ge의 가전자는 4번째 각에 있습니다. 그래서 Ge 가전자가 원자의 속박에서 벗어나기 위한 E가 Si보다 작습니다. 이 특성은 고온에서 Ge이 Si보다 훨씬 불안정하게 만듭니다.

 

2. n형 반도체와 p형 반도체에 대해 설명하세요.

반도체 물질은 진성 상태에서 거의 전류가 흐르지 않으며 그 값도 0에 가깝습니다. 이것은 전도대 내의 자유전자와 가전자대의 정공의 수가 한정되어 있기 때문인데요. 전도성을 증가시키기 위해서는 자유전자와 정공의 수가 증가되도록 실리콘의 성질을 바꿔야 합니다.

N형 반도체

이 때, 전도대의 전자 수를 늘리기 위해 5가 불순물 원자를 첨가 하는 것을 N형 반도체라고 합니다. 여기에는 As, P, Bi, Sb (아르설, 인, 비스무트, 안티몬)을 첨가해서 만들 수 있는데요. 이 때 5가 원자가 한 개의 전자를 제공하기 때문에 이 5가 원자들을 도너원자라고 합니다.

P형 반도체

정공의 수를 늘리기 위해 3가 불순물 원자를 첨가하는 것을 P형 반도체라고 합니다. 여기에는 Al, B, In, Ga (알루미늄, 붕소, 인듐, 갈륨)을 첨가하여 만들 수 있는데요. 이 때 3가 원자가 전자 한 개를 끌어당겨 빈 정공 한 자리를 채우려 하기 때문에 억셉터원자라고 합니다.

 

3. pn접합에 대해 설명하세요.

P형 반도체와 N형 반도체를 붙여 놓은 것입니다.

PN 접합에는 공핍영역이라는 것이 존재하는데요.

P타입에 있는 높은 농도의 홀이 홀 농도가 낮은 N타입으로 확산됩니다. 반대로 N타입에 있는 높은 농도의 전자는 전자농도가 낮은 P타입으로 확산됩니다. 즉, 접합 근처에서 전자와 정공은 결합을 하게 되는데요. PN접합 형성 시 접합 부근의 N영역은 자유전자들을 잃게 되어 양이온 층을 만들고, 접합 부근의 P영역은 정공을 잃어 음전하 층을

만들게 됩니다. 캐리어가 없기 때문에 이 영역을 '공핍 영역' 이라고 부르며, 공간 전하만 있다고 해서 'Space Charge Region' (SCR)이라고 부르기도 합니다.

 

4. 전위장벽이란?

공핍영역의 전계를 넘어 전자들이 움직이기 위해서는 외부 E가 공급되어야 하는데 이를 전위장벽이라고 부릅니다. 보통 전위 장벽의 크기는 25도에서 Si는 0.7V, Ge은 0.3V 입니다.

 

5. 눈사태항복(Avalanche Breakdown)이란?

눈사태처럼 전자가 기하급수적으로 불어나는 현상을 말합니다.

강한 전계에 의해 캐리어들이 높은 운동 에너지를 갖게 되는데요.

운동하는 캐리어들이 원자들과 충돌하면서 전자와 정공이 생성됩니다. 생성된 전자와 정공에 의해 또 다른 전자와 정공이 생성됩니다.

이러한 과정이 반복되면서 캐리어가 기하급수적으로 증가하고 역전류가 발생합니다.

눈사태항복은 캐리어가 전계에 의해 큰 에너지를 얻고, 공핍영역의 공간이 충분히 넓고, 도핑 농도가 낮을 때 발생합니다

 

6. 제너항복(Zener Breadown)이란?

제너항복은 터널링으로 인해 전류가 증가하는 현상으로 낮은 역방향 전압을 인가했을 때 발생합니다.

고농도로 도핑된 반도체로 구성된 다이오드가 있습니다. 이 다이오드는 고농도로 도핑되어 있기 때문에 에너지 밴득배이 매우 크고 가파릅니다. 매우 크고 가파르기 때문에 역전압에 의해 전자가 장벽을 넘어가는 터널링 현상이 발생하는데요. 이에 역전류가 발생하게 됩니다.

제너항복은 터널링 현상에 의해 일어나는 만큼 고농도 도핑이 된 반도체에서 일어납니다.

 

7. 제너다이오드란?

주로 직류전원의 전압 안정화에 사용하는 다이오드로 역방향 항복 영역에서 동작하도록 설계합니다. 항복 전압은 제작 과정 중 도핑 농도를 조절하여 적절히 조절이 가능합니다. 역방향 항복에 이르면 전류가 급격히 변해도 항복 전압은 거의 일정하기 때문에 정전압 소자로 사용됩니다.

 

8. 발광다이오드 (Light-Emitting-Diode)란?

전류를 가하면 빛을 내는 반도체 소자입니다.

일반적인 반도체는 실리콘이나 게르마늄 하나의 원소로 이루어져있는데요. 이러한 단원소 반도체는 전자와 정공의 결합 시에 발광이 수반되기 어렵습니다. 그래서 LED는 2종 이상의 원소로 반도체가 이루어진 화합물 반도체를 사용합니다. 주로 갈륨비소, 갈륨인, 갈륨비소인, 갈륨질소 등으로 만들어지며 어떤 화합물을 쓰느냐에 따라 LED 빛의 색깔이 달라집니다.

전자와 정공의 재결합이 일어날 때 에너지가 빛의 형태로 방출되어 빛이 납니다.

 

9. 광다이오드 (Photo-Diode)란?

역바이어스로 동작하는 PN 접합 소자입니다.

평소에는 전류가 흐르지 않다가 빛을 받으면 빛 E를 흡수하여 전자를 들뜨게 합니다.

 

10. 쇼트키 다이오드란?

고주파 스위칭에 주로 사용되는 다이오드로 일반적인 Pn접합이 아닌 금속과 반도체와의 접합을 가집니다.

일반 다이오드에 비해 순방향 저압이 낮으며 스위칭 속도가 빠르다는 장점이 있습니다. 또한 문턱전압이 낮기 때문에 누설 전류가 높다는 단점은 있습니다.

 

11. 반파 정류 회로, 전파 정류 회로, 전파 브리지 정류기, 다이오드 리미터, 클램퍼, 배압회로