트랜지스터

오늘은 짧게 트랜지스터에 대해서 얘기하려고 한다.

사실 나도 핸드폰, 컴퓨터를 쓰면서, 컴퓨터가 어떻게 이루어져있고, 어떠한 원리로 동작하는지 제대로 이해하지 못했다. 그래서 항상 궁금했었고, 알고보니 표면화학 수업을 들으면서 이미 알고 있던 내용이라 다시 한 번 정리하는 기회를 가지면 좋을 것 같다고 생각했다.

 

n-type, p-type 반도체

mambo-coding-note.tistory.com/403?category=786168

2-2. Band of Structures : 반도체, Fermi Level, dopant

사실 이 부분은 이미 다뤘던 부분이다.

다이오드

짧게 설명하자면, 반도체는 Si, 실리콘 기반으로 만들어져있으며, Si는 최외각전자가 4개이다.

따라서 실리콘 사이에 붕소나 인을 넣어준다. 여기서 붕소를 넣어주어서 전자가 하나 모자란 정공을 만든다. 인을 넣어주면 전자가 하나 남게 된다.

만약 이 둘을 붙이고, 전압을 걸어준다면 전자는 Potential Barrier를 넘어가면서 한 쪽 방향으로 흐르게 될 것이다. 만약 전압의 방향을 반대로 할 경우, 전류는 흐르지 않을 것이다. 그 이유는 Barrier potential이 존재하게 되고, Depletion Layer를 생성하게 되므로 전자가 이 부근을 넘어가기 힘들다. 이러한 현상을 정류현상이라 한다. 정류현상 때문에 우리는 교류를 직류처럼 쓸 수 있다. 

원래 교류는 이러한 signal을 가진다. 하지만 우리는 다이오드의 정류현상을 이용해서 전압의 방향이 바뀌게 된다면 전류는 흐르지 않을 것이기에 아래의 -부분은 0을 향할 것이다. 이러한 다이오드가 여러개 있다면 어떨까?

그렇다면 아래처럼 산 봉우리 모양을 가질 것이고, 만약 트랜지스터가 엄청 많아진다면, 우리는 교류를 직류처럼 쓸 수 있을 것이다.

트랜지스터

트랜지스터는 npn형 반도체를 말한다. npn 형 반도체에는 p형이 얇게 되어있다. 

트랜지스터가 signal을 증폭하는 역할을 한다.

만약 윗 부분에 전압을 걸어준다면, 전자는 윗 부분의 전지로 일부 끌려나가게 된다. 이는 p형 반도체에 정공을 더 많이 만들어주는 역할을 하고, 실제로 p형 반도체는 굉장히 얇아서 전자들이 정공에 남아있을 확률이 적다. 즉, 위에 전압을 걸어주는 역할은 전자들이 p형 반도체에 쉽게 넘어가도록 하는 역할을 한다.

따라서 위 처럼 전압을 걸어준다면, 밑에 전지쪽은 실제로 전류가 증폭되어 나타날 것이다. 입력 신호의 파형을 바꾸지 않고 그 전압과 전류의 크기만을 확대하는 것이다.

만약 우리가 위에 전압을 조절해서 전류를 껐다 켯다를 할 수 있다면?

스위치 개념과 똑같다. 위에 전압을 걸어주었을 때, 전류가 흐르는 임계치를 우리가 알고 있다면, 우리는 이 임계치보다 낮게 전압을 걸어주거나 전압을 걸어주지 않는다면 우리는 전류를 흐르지 않게 할 수 있고, 임계치보다 높게 전압을 걸어준다면 전류를 흐르도록 유도할 수 있다.

이러한 개념을 컴퓨터에 적용한다면 논리회로인 것이다. AND, OR, NAND, XOR 처럼 논리게이트를 이 트랜지스터로 만들 수 있다는 것이다. 이런 동작원리를 통해 컴퓨터는 논리연산을 할 수 있다는 것이다.

 

Reference

www.youtube.com/watch?time_continue=406&v=7ukDKVHnac4&feature=emb_logo

 

2020/06/14 - [chemistry/surface chemistry] - 2-3. Metal interface(계면)에서 Energy Level : junction, Debye formula, Heat Capacity

2-3. Metal interface(계면)에서 Energy Level : junction, Debye formula, Heat Capacity