항복현상(Avalanche breakdown과 Zener breakdown)에 대해 알아보자

"항복현상"

 

 

[제너 다이오드]

 

제너 다이오드(Zener Diode)는 일반 다이오드와 동일한 PN접합 구조를 가지고 있다.

 

PN접합 다이오드는 순방향 전압이 인가되면 전류가 흐르고, 역방향 전압이 인가되면 전류가 흐르지 않지만, 역방향 전압을 계속해서 증가시켜 인가하면 갑자기 전류가 흐르게 되는데

 

이러한 현상을 항복현상이라 하고 이때 인가된 전압을 항복전압(Breakdown Voltage)이라 한다.

항복현상은 Avalanche breakdown(애벌런치 항복)과 Zener breakdown(제너 항복)가 있다. 제너 다이오드는 항복현상을 이용한다.

 

 

"Avalanche breakdown"

 

 

→ 눈사태처럼 전자가 기하급수적으로 불어나는 현상을 말한다.

 

기체의 절연파괴현상이 발생하기 직전에 전자가 다른 기체원자 혹은 이온들과 충돌을 일으키면서 또 다른 전자들을 생성시키는데 이 때 생성된 전자들의 수가 지수 함수적으로 증가하기 때문에 전자사태라한다.

 

애벌런치 항복은 전자가 전계에 의해 큰 에너지를 얻고, 공핍영역 공간이 충분히 넓게 형성되어있고, PN접합의 도핑 농도가 작을 때 발생한다.

 

 

"Zener brekdown"

 

 

 

 

 

→낮은 역전압 상태에서도 강한 전계에 의해 큰 역방향 전류가 흐르게 되는 현상을 말한다.

고농도의 도핑이 이루어진 접합이 역방향으로 바이어스된 경우 에너지 대역은 비교적 낮은 접압에서 서로 엇갈리게 된다. 이 대역의 교차로 n형쪽 전도대역의 많은 빈 에너지 상태들과 반대편의 p형쪽 가전자대역의 충만된 많은 에너지 상태들이 같은 높이로 나란히 서게 된다. 이들 두 대역을 분리시키고 있는 전위장벽의 폭이 좁다면 터널링이 일어날 수 있다. p형쪽 가전자 대역에서 n형쪽 전도대역으로의 전자의 터널링은 n형 영역에서 p형 영역으로의 역전류를 구성하는데, 이것을 제너효과라고 한다.

 

 

→ 제너 항복은 애벌런치 항복과 다른 특성을 갖는데, 애벌린치 항복이 일어난 다이오드는 열화되어 파괴되서 사용할 수 없게 되지만, 제너 항복이 발생한 다이오드 양단자 전압은 일정한 값을 유지하면서 전류만 증가하게 된다.

이러한 제너 항복은 PN접합의 도핑 농도를 임의로 변경할 수 있어서 원하는 제너 전압을 가진 다이오드를 만들 수 있다.