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다이오드란? 역사와 원리

 

다이오드 이야기

다이오드의 간단한 역사와 원리 등에 대한 상식을 간단하게 서술하였으므로 한번 읽어보시기 바랍니다. 물론, 이미 잘 알고 있다고 생각하시는 분들은 넘어가셔도 무방합니다.

1. 진공관 이전부터…

이극 진공관에서 정류 특성, 에디슨 효과가 발견된 것은 1884년. 그리고 그 8년 전인 1876년에는 셀렌의 정류 작용이 발견되었습니다. 이와 같이 반도체의 특성을 이용하여 정류 효과를 내는 다이오드의 역사는 매우 오래 되었습니다. 그러나 그 역사가 진공관보다 더 오래 되었다는 것은 약간 의외의 사실입니다.

2. 게르마늄, 그리고 실리콘까지

당초의 원시적인 다이오드 -- 셀렌 정류기와 광석 검파기는 황철광과 방연광 등 천연 아산화동 (다결정 반도체) 을 사용하였습니다. 그 후, 정련 기술의 진화와 더불어 게르마늄과 실리콘 등 감도 좋은 것을 안정적으로 만들 수 있는 단결정 반도체 시대로 바뀌었습니다. 단 게르마늄은 열에 약하므로 현재는 대부분이 실리콘으로 만들어지고 있습니다.

3. PN접합에 의한 정류 효과

다이오드 소자는 PN 접합이라 불리는 구조로 되어 있습니다. P형 반도체의 단자를 애노드, N형 반도체의 단자를 캐소드라고 하며, 애노드에서 캐소드로 흐르는 전류만을 통하게 하고 그 반대로는 거의 통하지 않도록 하는 역할을 합니다. 이 효과를 정류 작용이라고 하며, 달리 표현하면 교류를 직류로 변환한다는 역할을 뜻합니다.

다이오드 모델
다이오드 모델
다이오드 그림 기호
다이오드 그림 기호

4. 말하자면 다이오드는 "벨브"

다이오드의 움직임을 직감적으로 파악한다면, 그것은 "벨브" 즉 전류의 "벨브" 입니다. 전기 흐름을 물의 흐름에 비교하자면, 애노드는 상류 측, 캐소드는 하류 측에 해당됩니다. 물은 상류에서 하류로 흐릅니다. 즉 전류도 마찬가지로 흐르지만, 하류에서 상류로는 "벨브" 가 닫혀 흐를 수 없습니다… 이것이 다이오드의 정류 원리입니다.

●"벨브" 가 열려 전기가 흐른다 (순방향)
●"벨브" 가 닫혀 전기가 흐르지 않는다 (역방향)

5. 접합 구조도 가지각색

다이오드의 접합 구조는 현재 크게 PN 접합과 쇼트키 형태로 나뉘어집니다. 전자는 반도체와 반도체의 접합이며, 다시 확산 접합형 및 메사 형태로 나뉘어집니다. 후자는 반도체와 금속 간에 일어나는 효과를 이용하는 것으로 통상적으로 "접합" 이라는 단어로 표현하지 않지만, 여기에서는 보다 이해하기 쉽도록 이 카테고리로 분류하도록 하겠습니다. 그리고 현재, 소전력·고속성을 실현하는 쇼트키 접합형이 각광을 받고 있으며, 로옴에서는 이 쇼트키 배리어 다이오드 시리즈에 적극적으로 힘을 쏟고 있습니다.

6. 순방향 특성 역방향 특성

순방향 특성 역방향 특성

다이오드에는 애노드와 캐소드라는 2가지 단자가 있습니다. 애노드를 (+), 캐소드를 (-) 로 하여, 애노드에서 캐소드로 전류가 흐를 때의 특성을 순방향 특성이라고 하며, VF 와 IF 가 이에 해당합니다. 반대로 애노드가 (-) , 캐소드에 (-) 가 인가되었을 때, 다이오드에는 기본적으로 전류가 흐르지 않습니다. 이 때의 특성을 역방향 특성이라고 하며, VR 과 IR 등이 역방향 특성에 해당합니다.

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