BJT의 동작모드에 관한 정리

오늘은 BJT의 ACTIVE Mode입니다. 먼저, 평형 상태의 밴드 다이어그램을 보시죠

현재는 어떠한 바이어스도 인가가 되어있지 않기 때문에, 페르미 레벨은 플랫한 상태가 되어있습니다. 그리고 이 상태에서는 페르미 펑션에 따라서 전자의 분포는 이러한 상태가 되어 있겠지요.

보라색으로 표시된 것이 전자의 분포인데 에너지 장벽에 가로 막혀 넘어갈 수 있는 부분이 아주 작은 것임을 알 수 있습니다. P타입에서 넘어오는 전자와 N타입에서 넘어가는 전자가 비슷하므로, 현재는 전류가 안 흐른다고 볼 수 있습니다. 여기에 Forward bias를 가해준다면

 

 

 파란색으로 동그라미 친 에너지 장벽이 낮아지는 결과가 나옵니다. (포워드 바이어스는 에너지 장벽을 낮혀주는 방향으로 전압을 넣습니다). 에너지 장벽이 낮아지면서, 넘어갈 수 있는 전자가 더 많아지면서 비로소 전류가 흐를 수 있게 되는 겁니다. 그리하여 전류는 BE 정션에 가해진 VBE에 의해서 에너지 장벽이 낮아지게 됩니다. 원래는 평형 상태라 페르미 레벨이 플랫했지만, 전압이 가해지면서 Non-equilibrium 상태가 되며, 그 상태에서는 Quasi-fermi level을 사용하게 됩니다. 따라서, Efn과 Efp로 나뉘게 되었습니다.

 

그리고 원래는 flat했지만, 가해준 전압만큼 페르미 에너지 차이가 생기므로 BE 정션의 페르미 에너지의 차이는 qVBE가 됩니다. 그렇게 forward bias로 base로 injection된 minority carrier는 base에서 diffusion을 하게 됩니다. 그리고 CB 쪽에는 reverse bias가 걸려있습니다. 원래는 flat했는데 전압이 걸린만큼 페르미 에너지 차이가 생기므로 베이스와 콜렉터의 페르미 에너지 차이는 qVCB가 되는 겁니다. 그리하여, Forward bias로 base로 injection된 excess minority carrier는 베이스 끝까지 와서 reverse bias에 의해 depletion 영역을 통해 끌려나오게 되어 콜렉터쪽으로 흐르게 되는 겁니다. 이 전류를 콜렉터 전류라고 하게 됩니다.  다음 글에는 BJT에 흐르는 전류의 종류에 대해서 언급 하겠습니다.