PNP, NPN SENSOR 와 PLC #1

PLC와 SENSOR에는 PNP Type과 NPN Type이 있습니다.

PNP와 NPN은 P형 반도체와 N형 반도체의 접합으로 만들어진 트랜지스터를 의미하며

이에 맞는 결선법이 정해져 있습니다.

이것을 이제 천천히 하나씩 하나씩 알아보도록 하겠습니다.

 

1. 원자

먼저 원자에 대하여 알아야 합니다.

원자.. 영어로는 Atom(아톰)이라고 하며, 물질을 이루는 기본적인 구성단위 입니다.

원자는 여러개가 모여 분자를 이루고,

원자는 원자핵과 원자핵을 둘러싸고 있는 전자로 이루어져 있습니다.

또다시 원자핵은 양성자와 중성자로 나눌 수 있습니다. (하단 그림 참조)

여기서 양성자는 + 성질을 띄고, 전자는 - 성질을 띄게 됩니다. (중성자는 전기적 성질을 띄지 않음.)

양성자의 수는 원자번호를 의미하고, 평상시 전하를 띄지 않는 원자는 양성자와 전자의 수가 같습니다.

즉, 원자 번호 = 전자의 갯수 인 것입니다.

따라서 원자는 평상시에 전하를 띄지 않습니다.

이 내용을 탄소원자를 통해 알아보겠습니다.

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아래는 탄소의 원자번호를 나타낸 것이다. (탄소가 제일 친근하여 탄소로 정하였습니다. ㅎㅎ)

먼저 질량수는 양성자와 중성자의 수를 합한것입니다.

양성자, 중성자, 전자는 각각 고유한 질량을 가지고 있습니다.

중성자 ( 1.674 x 10^-27 kg )가 제일 무거우며,

그 다음이 양성자 ( 1.6726 x 10^-27 kg )이고,

마지막이 전자 ( 9.1094 x 10^-31 kg ) 입니다.

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다음으로 원자번호는 양성자의 수를 의미합니다.

안정한 원자의 경우 이 양성자의 수와 동일한 전자를 가져 전기적인 +성질과 -성질이 평형을 이룹니다.

만약 전자가 떨어져나가거나 더 붙어서 하전되게 되면, 오른쪽 위첨자의 하전칸에 하전된 양만큼의 숫자가

적히는 것입니다.

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마지막으로 원자끼리 붙어서 결합되면 원자수량을 결정짓게 됩니다.

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안정한 탄소원자를 예로 들자면 아래와 같은 그림으로 설명이 가능하겠네요.

위와 같이 탄소는 양성자와 중성자의 수가 같으며,

(모든 원자가 항상 같은 수의 양성자와 중성자를 갖는것은 아닙니다.)

이렇게 구성된 원자핵의 바깥쪽에 양성자와 같은 수의 전자가 궤도를 이루며 돌고 있습니다.

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2. 실리콘

Si라는 원자를 들어보신적이 있으신가요? 반도체 소재로 가장 많이 사용되는 소재인

실리콘의 원자입니다. (규소이기도 하지요.)

반도체에 대해서 이야기 하기 전 단계로 반도체 소재로

가장 흔하게 사용되는 실리콘에 대해서 이야기해 보겠습니다.

실리콘은 지구상에 굉장히 풍부하게 존재하는 원소로 가장 풍부한 산소 다음으로 많이 존재합니다.

대부분 토양과 암석등에 많이 있고, 물, 식물등에도 존재합니다. 그만큼 흔합니다.

그래서 여러가지 반도체재료 중에서 가격경쟁력이 가장 좋은 소재입니다.

실리콘은 원자의 규첵적인 배열이 고체전체에 균일하게 이루어져 있는 단결정소재 입니다.

8개의 실리콘 원자가 하나의 단위를 이루며

각각의 원자는 주위의 네개의 실리콘 원자와 결합합니다.

이렇게 실리콘은 다이아몬드와 동일한 결정구조로 매우 안정적인 구조이며

이러한 구조 때문에 실리콘은 반도체 소재로 적합합니다.

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물론 실리콘보다도 반도체 재료로서의 성능으로만 따지자면

더 우수한 물성을 지닌 소재가 많이 있습니다.

그럼에도 불구하고 실리콘을 사용하는 가장 큰 이유는 제련이 타 재료에 비해 상대적으로 쉽기 때문입니다.

반도체를 만들때 사용할 실리콘은 99.999999999%(일레븐 나인)의 순도를 지녀야 합니다.

그리고 이 초고순도의 실리콘을 이용해 커다란 결정체를 만들어야 하는데,

이는 타 재료를 이용해서는 굉장히 어려운 작업입니다.

당연히 실리콘도 굉장히 어려운 작업이지만 타 재료에 비하여 상대적으로 쉽다는 의미입니다.

 

3. 반도체

자 드디어 반도체에 대하여 이야기해 보겠습니다.

순수한 진성반도체는 전자가 움직일 수 없기 때문에 전류가 흐를수 없습니다.(안정적인 상태)

아래 그림과 같이 순수한 실리콘으로 진성반도체를 만들면 잉여전자나 정공이 전혀 없는

상태가 됩니다.

여기에 최외각 전자가 5개인 인(P)나 비소(As)등을 불순물로 첨가하여 실리콘원자와 공유결합시키면

잉여전자가 있는 N형 반도체가 됩니다.

아래 그림은 N형 반도체의 원자결합을 나타낸 것으로

보시면 어디에도 속해있지 않고 남아있는 잉여전자가 보이시지요?

저런 형태로 남아 있게 됩니다.

또 진성반도체에 최외각 전자가 3개인 붕소(B)등을 불순물로 첨가하면 공유결합 자리에 전자가 하나 부족해져

정공이 자리하게 되는 P형 반도체가 됩니다.

아래 그림은 P형반도체의 원자결합을 나타낸 것으로 화살표로 표시된 빈 정공을 확인 할 수 있습니다.

 

다음 포스팅에서 P형반도체와 N형반도체를 이용하여 만드는

PN접합 다이오드와 PNP, NPN 트랜지스터에 대해서 이야기해 보겠습니다.

아래 포스팅을 참조 부탁드립니다.

mech19.tistory.com/51

PNP, NPN SENSOR 와 PLC #2

 

 

감사합니다.