소자 (#7–11)

반도체 기초 — PN 접합

PN 접합도핑문턱 전압wiki/embedded-semiconductor-basics

한 줄 요약

반도체는 순수 상태에선 전류를 거의 안 흘리지만, 불순물을 더하는 도핑으로 캐리어를 만들어 도전성을 조절합니다. N형(자유전자)과 P형(정공)을 붙인 PN 접합에서는 경계의 캐리어가 재결합해 공핍층과 전위 장벽(~0.7V)이 생기는데, 이게 다이오드·BJT가 보이는 문턱 전압의 정체입니다. 순방향 바이어스는 장벽을 좁혀 도통시키고 역방향은 넓혀 차단 — 이 한 방향 도통이 다이오드(접합 1개)·BJT(접합 2개)·MOSFET(전압 채널)의 공통 토대입니다.

도핑 — N형과 P형

진성 실리콘은 거의 부도체입니다. 5가 불순물(인·비소)을 넣으면 자유 전자(−)가 남아 N형, 3가(붕소)를 넣으면 정공(+)이 남아 P형 — 이 다수 캐리어가 전류를 나릅니다.
정공은 '전자가 빠진 자리'로, 옆 전자가 메우며 이동하면 마치 +전하가 반대 방향으로 흐르는 것처럼 보입니다.

형	첨가 불순물	다수 캐리어
N형	5가 (인·비소)	자유 전자 (−)
P형	3가 (붕소)	정공 (+)

도핑으로 다수 캐리어를 만든다

PN 접합과 공핍층 — 0.7V 문턱의 정체

N과 P를 붙이면 경계에서 전자·정공이 재결합해 캐리어가 없는 공핍층(depletion region)이 생기고, 이 층이 전위 장벽을 만듭니다.
이 장벽을 넘어야 전류가 흐르므로, 바로 이것이 다이오드·BJT에서 보는 ~0.7V(Si) 문턱의 정체입니다.

P형정공 (+)

⚡접합부재결합 → 공핍층

N형자유전자 (−)

🚧전위 장벽≈0.7V 문턱

공핍층이 전위 장벽 = 문턱 전압을 만든다

순방향 vs 역방향 바이어스 — 한 방향 도통

순방향(P에 +, N에 −): 장벽을 밀어내 공핍층이 좁아짐 → 0.7V를 넘으면 도통합니다.
역방향(P에 −, N에 +): 공핍층이 넓어져 차단(미세 누설만). 항복전압을 넘으면 급격히 도통하며 파괴됩니다.
이 거동이 곧 다이오드의 I-V 곡선(순방향 도통·역방향 차단·항복) 그 자체입니다.

바이어스	공핍층	결과
순방향 (P+)	좁아짐	0.7V↑ 도통
역방향 (P−)	넓어짐	차단 (항복 시 급증)

공핍층 폭이 도통/차단을 가른다

능동소자의 공통 뿌리

다이오드 = PN 접합 1개, BJT = 접합 2개(NPN)로 작은 베이스 전류가 큰 컬렉터 전류를 제어, MOSFET = 게이트 전압으로 채널을 형성하는 전압 제어 소자.
여기가 잡히면 #9 다이오드·#10 BJT·#11 MOSFET 강의가 '왜 한 방향', '왜 0.7V'에서 더는 막히지 않습니다.

🔬PN 접합

▷다이오드접합 1개

📶BJT접합 2개 · 전류 제어

🎚MOSFET전압으로 채널 형성

PN 접합 하나에서 갈라지는 능동소자

주의점 · 함정

강의는 이 바닥(도핑·공핍층)을 건너뛰고 '순방향 0.7V 문턱'부터 시작합니다. 다이오드·BJT가 안 잡혔다면 십중팔구 여기가 그 빈칸 — 강의 전에 PN 접합·바이어스를 먼저 보면 '문턱·차단'이 갑자기 말이 됩니다. 밴드갭·페르미 준위 같은 더 깊은 물성은 필요할 때 보강합니다.