[6] 반도체 소자 BJT

BJT(Bipolar junction transistor)

PN diode에 이어서 반도체 소자인 BJT를 살펴볼 것이다. BJT는 PN 접합이 두 개 있는 트랜지스터 소자이며 접합 형태에 따라 PNP NPN으로 나누어진다.

전자의 이동방향은 에미터(E) -> 콜렉터(C)로 흐르다 보니, 전류의 이동방향은 PNP의 경우 동일하게 에미터(E) -> 콜렉터(C)로 흐르고 NPN의 경우 콜렉터(C) -> 에미터(E)로 흐르게 된다. 왜냐하면 PNP의 경우 주로 있는 것이 정공이고 NPN의 경우는 전자이기 때문이다.

그리고 일부 캐리어가 베이스를 통해 PNP의 경우 나오고 NPN의 경우 들어오게 된다. 이해가 안 된다면 일단 빨간색 화살표대로 전류의 이동방향이 그렇다고 보고 가자.

그리고 BJT에서는 에미터(E)에 도핑이 많이 되어있다는 것을 염두하자. 따라서 밴드 다이어그램도 다음과 같은 모양이다.

도핑이 많이 되어있는 에미터(E) 쪽이 밴드 다이어그램이 좀 더 낮은 것을 확인할 수 있다.

아까 이해가 좀 덜되었던 BJT의 동작원리를 좀 더 자세히 NPN트랜지스터를 예로 들어 설명해보겠다.

위의 사진이 NPN소자이고 아래 기호가 NPN소자의 기호이다. 우리는 일단 기본을 알아야 한다.

NPN BJT를 동작시키기 위해선

1. BE에 순방향 바이어스 전압을 걸어준다.

2. BC에 역방향 바이어스 전압을 걸어주어야 한다.

일단 이 두 가지 사실을 알고 동작원리를 이해해야 한다. 여기서 순방향 바이어스 전압이란 -쪽을 소자 N영역에 +영역을 P영역에 연결하고 장벽 전위보다 높게 전압을 공급하는 것을 말한다. 그럼 이제 순서를 설명하겠다.

BE에 순방향 바이어스 전압을 걸어준다. -> E에서 B로 전자가 넘어오게 되고 B와 C의 접합면에 도달하게 된다. (BC에는 역방향 바이어스 전압이 걸려있는 상태이다.) -> BC에는 자연스레 공핍 영역이 생긴다. -> 전자들은 B에서 C로 공핍 영역을 뚫고 전기장에 의해 C 쪽으로 빨려 들어간다.

BJT 회로 연결

우리는 이제 Common mode에 대해 알아볼 것인데 Common mode란 B/E/C 중 하나를 고정하는 것을 말한다.

CE : 가장 많이 사용되고 일반적으로 증폭기에 많이 쓰인다. 전압과 전류이득이 우수하고 자연스레 전력이득 또한 우수하다. 대표적인 특징으로는 위상반전이 된다는 것이다.

CB : 전압이득만 있다. Current follower. 낮은 입력 저항과 높은 출력 저항을 보여 고주파 응용에 주로 쓰인다.

CC : 전류이득만 있다. Emitter follower. 높은 입력 저항과 낮은 출력 저항을 보여 대부분의 증폭기 출력단에서 전류,전력 증폭에 사용한다.