전류/전압 측정 방법과 반도체 I-V 특성 곡선

 

 반도체, 태양전지 등에서 전류 전압 특성을 파악하기 위해 장비를 이용해 측정한다. 파워 서플라이(power supply)라고 부르거나 혹은 그냥 IV 측정 장비라고도 부르는 장비를 이용해 측정한다.

 

 파워 서플라이는 전원 공급 장치라 컴퓨터를 조립할 때도 많이 들어봤을 것이다.

 

 

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  장비를 이용한 측정 목적은 전압을 변경시켜주면서 전류를 측정하며, 전류-전압(I-V) 특성 파악이다.

 

 측정되면서 얻을 수 있는 그래프는 상하단에 있는 오른쪽 그래프다. 하단에 있는 왼쪽과 가운데 사진은 트랜지스터의 원리를 도식화한 것이다. 트랜지스터 원리 및 기타 사항은 하단 링크 참고

 

• 2020.10.10 - [과학과 공학 이야기/반도체와 디스플레이] - 반도체 공정 전 다이오드와 트랜지스터, 커패시터 간단 원리
• 2021.04.26 - [과학과 공학 이야기/반도체와 디스플레이] - FinFET과 GAAFET, MBCFET / TSV와 화합물 반도체

 

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측정 원리

 측정되는 원리는 트랜지스터 채널이 형성되는 원리를 알고 있다면 굉장히 간단하게 느껴질 것이다.

 

1) 게이트에 + 전위를 주면(VG), 전자가 모이고 채널을 형성

2) 채널에서 자유전자가 생겨 전류가 흐를 때 전위 = VT(Threshold Voltage)

3) Drain과 Source 사이에 전위차(VDS)를 주면 FET사이로 전류가 흐름

4) 하지만 이때 VDS에 비례하여 전류가 증가하다가(Linear) 더 이상 증가하지 않음(Saturation)

5) 이는 전위가 증가할수록 VG와 VD 전위차가 감소하며, 전자들이 VD로 몰림

6) 기울이가 발생하며, VDS를 증가하여도 자유전자 밀도는 더 이상 증가하지 않으므로 전류 ID는 일정

7) 너무 많은 전압을 가하면 채널이 망가지며 전류가 급격히 증가할 수 있음(Breakdown)

 

 

*참고로 소스(S)와 드레인(D)의 특별한 구분은 없다. 다만 상대적으로 전압이 더 낮은 곳이 소스(S)가 되고, 전압이 더 높은 곳이 드레인(D)이 되는 게 보편적이다.