반도체 소자에서 다이오드는 전류의 흐름을 지시하는 중요한 역할을 하며, 그 동작은 크게 순방향 바이어스와 역방향 바이어스로 구분됩니다. 다이오드의 p형 영역이 배터리의 양극 단자에 연결되고 n형 영역이 음극 단자에 연결되면 다이오드가 순방향 바이어스된다고 합니다. 이 구성은 다이오드 내의 전위 장벽을 줄여 전류가 p형 영역에서 n형 영역으로 쉽게 흐르도록 합니다.
순방향 바이어스에서 다이오드의 동작은 다이오드의 재료, 온도 및 물리적 치수의 영향을 받는 I-V 특성에 의해 결정됩니다. 순방향 바이어스된 경우 다이오드의 전류(I_D)는 다이오드 방정식으로 설명할 수 있습니다.
여기서 I_S는 포화 전류, q는 전자 전하, V_D는 다이오드에 적용된 전압, n은 방출 계수, k는 볼츠만 상수, T는 접합 온도입니다. 열 전압 V_T(kT/q)는 다이오드를 통해 전하 캐리어를 이동하는 데 필요한 에너지를 측정하며 실온에서의 값은 약 26mV입니다.
다이오드는 컷인 전압(실리콘 다이오드의 경우 일반적으로 0.7V) 미만의 전압에 대해 무시할 수 있는 전류를 보여줍니다. 순방향 바이어스에서는 순방향 전류가 10년마다 변경될 때마다 다이오드 전압이 약 60mV씩 변경됩니다. 포화 전류(I_S)는 온도와 다이오드의 단면적에 따라 달라지며 10°C 증가할 때마다 두 배로 증가합니다. I_S와 V_T의 온도 의존성으로 인해 정전류에서 온도가 1°C 증가할 때마다 다이오드의 전압 강하는 약 2mV씩 감소합니다. 이는 전자 온도계와 같은 온도 감지 회로에 활용되는 특성입니다. 이러한 특성을 이해하는 것은 정류기, 신호 혼합기, 전압 조정기와 같이 다이오드가 핵심 구성 요소인 전자 장치에 매우 중요합니다.
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