【전자회로 기본Ⅰ】 4강 - 반도체의 성질

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3강에서는 인덕터에 대하여 학습하였음

인덕터는 에너지를 저장하는 장치로 에너지를 전기장으로 저장하는 커패시터와 달리 에너지를 자기장 형태로 저장함

인덕터는 렌츠의 관성법칙에 의해 전류가 변하면 그 변화를 방해하는 역기전력이 생기며 이가 전류의 흐름을 방해함

인덕턴스는 교류전류의 흐름을 방해하는 인덕터의 능력을 말하는데, 이는 도선에 흐르는 전류에 반비례하고 코일이 감긴 횟수에 비례함

칩 인덕터의 종류에는 파워 인덕터, 고주파 인덕터, 비드 등이 있음

이중 비드는 전자파 노이즈인 고주파 EMI를 제거하는 역할을 함

인덕터의 임피던스는 주파수가 커질수록, 인덕턴스 값이 클수록 커짐

하지만 특정 구간부터는 주파수가 증가함에 따라 임피던스는 감소하는데 이는 병렬 커패시터 $C_p$에 의한 임피던스 감소 때문임

이넏거탁 만들어내는 자기장은 자속밀도 B와 자계강도 H를 이용해 $B=\mu H$로 표현할 수 있음

Quality Q는 인덕터의 성능지표로 교류신호 한 사이클에 대해 인덕터가 저장하는 에너지와 인덕터 내부의 저항으로 인해 손실되는 에너지와의 비율을 말함

이 Q값이 클수록 좋은 인덕터로 간주됨

마지막으로 인덕터 회로 실습을 진행했는데, 이때 인덕터의 용량이 클수록 저주파에서 SRF를 형성함

 

https://nate0707.tistory.com/101

【전자회로 기본Ⅰ】 3강 - 인덕터

 

1. 도체, 절연체

 

- 여러가지 결합

 

물체를 구성하는 원자들은 원자들의 성질에 따라 각기 다른 결합의 형태를 가짐

이온 결합 : 양이온과 음이온 사이의 정전기적 인력에 의해 작용하는 화학 결합

금속결합 : 자유전자와 금속 양이온 사이의 정전기적 인력에 의한 결합

공유 결합 : 원자들이 각각 전자를 내놓아 전자쌍을 만들고, 이 전자쌍을 공유함으로써 형성되는 결합

 

- 원자가띠와 전도띠

 

원자가띠 : 전자가 채워진 에너지띠$(Energy Band)$ 중에서 가장 에너지가 높은 띠

전도띠 : 원자가띠 보다 에너지가 더 높아 전자가 채워지지 않은 띠 중에서 가장 에너지가 낮은 띠

 

원자가띠와 전도띠

 

반도체와 부도체에서는 원자가띠 위에 띠간격, band gap이 존재하고 그 위에 전도띠가 존재함

금속에서는 전도띠가 원자가띠임

 

금속결합의 경우 원자가띠와 전도띠가 매우 가까워 전자들이 쉽게 원자가띠에서 존도띠로 이동할 수 있음

전도띠로 이동한 전자들은 금속 안을 자유롭게 이동할 수 있기 때문에 자유전자라고 부름

* 자유전자란 어떤 원자에도 구속되지 않는 전자를 말함

 

- 도체, 절연체

 

도체는 전기의 흐름이 가능한 물체나 물질로 외부에서 에너지를 가하지 않아도 원자간 상호작용에 의해 자유롭게 움직이는 자유전자가 많아 전하가 잘 이동하는 물질

절연체는 자유전자가 없으므로 전류가 거의 흐르지 않음

반도체는 도체와 절연체 사이의 전기전도성을 가지는 물질임

반도체의 전기적 성질을 인위적으로 조절해 다양한 역할을 하는 전기소자를 제작할 수 있음

 

도체의 종류 : 금, 은, 철 구리 등 대부분의 금속

절연체의 종류 : 주기율표상에서 비금속에 속하는 탄소, 수소, 산소 등

 

- 도전율

 

도전율 또는 전도율은 물질에서 전류가 잘 흐르는 정도를 나타내는 물리량으로 비저항의 역수임

* 비저항이란 물질이 전류의 흐름에 얼마나 세게 맞서는지를 측정한 물리량

물질의 고유 성질로 단위는 S/m 사용

전기장 E안에 있는 도전율 $\sigma$를 갖는 물질이 있다면 물질에 흐르는 전류밀도 J의 전류는 다음과 같음

 

$J=\sigma E$

 

2. 반도체

 

- 반도체 특징

 

반도체란 전류를 흘리는 능력 면에서 도체와 절연체 사이에 존재하는 물질을 말함

진성반도체란 불순물을 첨가하지 않은 순수한 반도체

흔한 단일 소자 반도체로는 실리콘 Si, 게르마늄 Ge, 탄소 C 등이 있음

 

밴드 갭은 전도띠와 원자가띠의 간격을 말함

원자가띠에 있는 원자가 밴드 갭보다 많은 에너지를 받을 경우 전자가 원자가띠에서 전도띠로 올라갈 수 있음

이때 전도띠로 올라간 전자는 물질 내에서 자유롭게 움직일 수 있음

 

절연체, 반도체, 도체의 원자가띠와 전도띠 모형

 

- 반도체의 전도성

 

밴드 갭 이상의 에너지를 받아 전자가 원자가띠에서 전도띠로 이동할 때 이동한 전도띠 안의 전자를 자유전자라고 하며, 원래 원자가띠에 있던 전자의 자리를 정공이라고 함

 

 

실리콘 원자는 최외각 4개의 전자를 4개의 실리콘 원자와 서로 공유하는 방법으로 연결되어 실리콘 결정을 만듦

외부의 에너지로 발생하는 자유전자는 전도띠에서 자유롭게 이동하면서 자유전자전류 생성

원자가띠에 존재하는 정공은 같은 원자가띠에 있는 전자가 이동하면서 연쇄적인 정공의 흐름을 만들어내며 정공전류 생성