PN 접합 다이오드와 쇼트키 다이오드의 차이점 정리

PN 접합 다이오드는 p형과 n형 반도체의 접합으로, 쇼트키 다이오드는 금속과 반도체의 접합으로 정류합니다. PN 접합에서는 순방향으로 소수 캐리어가 주입되어 축적되므로, 역방향으로 전환할 때 역회복 전류가 흐릅니다. 쇼트키 다이오드는 다수 캐리어만으로 동작하므로 역회복이 거의 없고, 실리콘에서는 순방향 전압도 약 0.2~0.4 V로 PN 접합의 약 0.6~0.7 V보다 낮습니다. 그 대신 역방향 누설 전류가 크고, 실리콘으로는 높은 내압을 얻기 어렵다는 약점이 있습니다.

비교 항목PN 접합 다이오드쇼트키 다이오드
구조p형과 n형 반도체를 접합합니다금속과 반도체(주로 n형)를 접합합니다(쇼트키 접합)
전류를 운반하는 캐리어주입된 소수 캐리어. 전자와 정공이 모두 관여합니다다수 캐리어만. 장벽을 넘는 열전자 방출로 흐릅니다
순방향 전압(실리콘, 기준값)약 0.6~0.7 V약 0.2~0.4 V. 금속의 종류와 내압에 따라 달라집니다
역회복있음. 축적된 소수 캐리어가 사라질 때까지 역전류가 흐릅니다. 일반 정류용은 µs 수준, 패스트 리커버리 제품은 수십 ns 정도거의 없음. 흐르는 것은 접합 용량의 충방전 전류뿐입니다
역방향 누설 전류작음큼. 장벽이 낮은 것일수록 큽니다
내압(실리콘, 기준값)고내압 제품도 만들기 쉽습니다. 수 kV급까지 있습니다약 200 V 정도까지. SiC에서는 600~1700 V급도 실용화되어 있습니다
고내압 제품의 대전류 시 전압 강하전도도 변조로 저농도층의 저항이 낮아져 전압 강하를 억제할 수 있습니다전도도 변조가 없어 드리프트층의 저항이 그대로 작용합니다
온도 특성순방향 전압은 약 −2 mV/℃로 낮아집니다. 누설 전류는 온도에 따라 증가합니다누설 전류가 온도에 따라 급격히 증가하므로 열폭주에 주의해야 합니다. 순방향 전압은 온도에 따라 낮아집니다
주요 용도상용 전원 정류, 고내압 정류, 범용 보호 및 신호 회로스위칭 전원의 저전압·대전류 정류, 환류 다이오드, 역접속 보호, 고주파 검파

수치는 대략적인 자릿수 기준이며, 공정 세대와 제품에 따라 달라져요.

상황별 선택 기준

PN 접합 다이오드
높은 역전압이 걸리는 정류나, 고온에서도 누설 전류를 작게 억제하고 싶을 때. 상용 전원 정류나 고내압 회로 등에 사용합니다.
쇼트키 다이오드
낮은 전압에서 큰 전류를 정류할 때나 고속으로 스위칭할 때. 스위칭 전원의 출력 정류, 환류 다이오드, 배터리 역접속 보호 등에 사용합니다.
함께 사용
고내압·고속 용도에서는 SiC 쇼트키 다이오드나 라이프타임 제어를 적용한 패스트 리커버리 다이오드가 선택됩니다. PN 접합과 쇼트키 접합을 조합한 JBS 구조의 다이오드도 있으며, 누설 전류와 순방향 전압의 균형을 맞춥니다.

자주 묻는 질문

쇼트키 다이오드의 순방향 전압이 낮은 이유는 무엇인가요?

쇼트키 장벽을 넘어 흐르는 열전자 방출 전류는 PN 접합의 확산 전류보다 자릿수가 다를 만큼 큰 포화 전류를 가지므로, 같은 전류를 더 낮은 전압으로 흘릴 수 있기 때문입니다. 장벽의 높이는 금속의 종류에 따라 달라지며, 장벽이 낮을수록 순방향 전압은 낮아지지만 역방향 누설 전류는 증가합니다.

쇼트키 다이오드에 역회복이 거의 없는 이유는 무엇인가요?

다수 캐리어만으로 전류가 흐르고, PN 접합처럼 소수 캐리어를 주입해 축적하는 일이 없기 때문입니다. 역방향으로 전환할 때 흐르는 것은 접합 용량을 충방전하는 전류뿐이므로 스위칭 손실과 노이즈를 줄일 수 있습니다.

실리콘 쇼트키 다이오드 중 고내압 제품이 적은 이유는 무엇인가요?

내압을 높이려면 저농도의 두꺼운 드리프트층이 필요한데, 쇼트키 다이오드에는 전도도 변조가 없어 그 저항이 그대로 순방향 전압 강하에 더해지기 때문입니다. 누설 전류도 커지므로 실리콘에서는 약 200 V 정도까지가 일반적입니다. 임계 전계가 높은 SiC라면 얇은 드리프트층으로 600 V 이상의 내압을 얻을 수 있습니다.

쇼트키 다이오드를 고온에서 사용할 때 주의할 점은 무엇인가요?

역방향 누설 전류가 온도에 따라 급격히 증가한다는 점입니다. 누설 전류에 의한 발열로 온도가 더 올라가면 열폭주로 이어지므로, 데이터시트에서 고온에서의 누설 전류를 확인하고 방열과 역전압에 여유를 두고 사용합니다.

이해도 확인

일반적인 실리콘 PN 접합 다이오드의 순방향 전압(전류가 흐르기 시작하는 대략적인 전압)은 무엇입니까?

  1. A약 3 V
  2. B약 0.1 V
  3. C약 0.6~0.7 V
정답과 해설 보기

정답: C. 약 0.6~0.7 V

실리콘 다이오드는 약 0.6~0.7 V를 넘으면 큰 전류가 흐르기 시작합니다. 이는 상온에서 실용적인 전류(mA 정도)가 흐르는 전압의 기준이며, 밴드갭이 큰 재료일수록 높아집니다. 쇼트키 배리어 다이오드는 약 0.2~0.4 V, SiC 쇼트키 다이오드는 약 1~1.5 V(SiC PN 접합은 약 2.5~3 V), GaN계 청색 LED는 약 3 V입니다. 정류 시의 손실은 '순방향 전압×전류'이므로, 대전류 전원에서는 낮은 VF가 중시됩니다.

쇼트키 배리어 다이오드의 특징으로 올바른 것은 무엇입니까?

  1. A두 개의 p형 반도체를 접합한 다이오드이다
  2. B금속과 반도체의 접합을 이용하며, 순방향 전압이 낮고 스위칭이 빠르다
  3. C순방향으로 전류를 흘리면 강하게 발광한다
정답과 해설 보기

정답: B. 금속과 반도체의 접합을 이용하며, 순방향 전압이 낮고 스위칭이 빠르다

쇼트키 배리어 다이오드는 금속과 반도체의 접합(쇼트키 접합)을 사용하며, 다수 캐리어만으로 동작합니다. 소수 캐리어의 축적이 없어 역회복이 거의 없고 고속이며, 순방향 전압도 약 0.2~0.4 V로 PN 접합보다 낮아 스위칭 전원의 정류에 사용됩니다. 약점은 역방향 누설 전류가 크고 고온에서 늘어나기 쉽다는 점이며, 실리콘에서는 내압이 약 200 V 정도까지이지만 SiC에서는 1 kV급도 실용화되어 있습니다.

PN 접합 다이오드를 순방향에서 역방향으로 전환했을 때, 짧은 시간 동안만 역방향 전류가 흐르는(역회복 시간이 있는) 원인은 무엇입니까?

  1. A금속 전극의 저항이 크기 때문
  2. B순방향으로 도통하고 있을 때 축적된 소수 캐리어가 곧바로 사라지지 않기 때문
  3. C패키지가 열을 띠기 때문
정답과 해설 보기

정답: B. 순방향으로 도통하고 있을 때 축적된 소수 캐리어가 곧바로 사라지지 않기 때문

순방향으로 도통하는 동안 접합 양쪽에는 주입된 소수 캐리어가 축적되어 있습니다. 역방향으로 전환해도 이것들이 빠져나가거나 재결합으로 사라질 때까지는 역방향으로 전류가 계속 흐릅니다. 이 시간이 역회복 시간(trr)이며, 역회복 전류는 손실과 노이즈의 원인이 됩니다. 대책으로 라이프타임 제어를 한 패스트 리커버리 다이오드, 소수 캐리어를 사용하지 않는 쇼트키나 SiC 다이오드가 사용됩니다.

  1. 다이오드 데이터시트에 있는 역회복 시간 trr에 대해 올바른 것은 무엇입니까?
  2. SiC 쇼트키 배리어 다이오드가 인버터 등의 환류 다이오드로 사용되는 주된 이점은?
  3. 베이스-컬렉터 간에 쇼트키 배리어 다이오드를 병렬로 넣은 트랜지스터(쇼트키 클램프)의 목적으로 올바른 것은?

PN 접합과 다이오드 문제 풀기

주요 용어 설명

쇼트키 배리어 다이오드(SBD)
금속과 반도체의 접합(쇼트키 접합)을 이용한 다이오드. 순방향 전압이 낮고 소수 캐리어의 축적이 없어 고속으로 스위칭할 수 있다.
역회복 시간
도통 중이던 다이오드에 역전압을 걸었을 때 축적된 소수 캐리어가 사라질 때까지 역방향으로 전류가 계속 흐르는 시간. 스위칭 손실과 노이즈의 원인이 된다.
순방향 바이어스
p측에 양(+), n측에 음(-)의 전압을 가하는 것. 장벽이 낮아져 전류가 잘 흐른다. 반대로 가하면 역방향 바이어스이며 전류는 거의 흐르지 않는다.
전도도 변조(Conductivity Modulation)
저농도 층에 다수의 소수 캐리어가 주입되어 그 층의 저항이 크게 떨어지는 현상. PIN 다이오드나 IGBT에서 높은 내압과 낮은 온 전압을 양립시키기 위해 쓰인다.
일함수(work function)
진공 준위와 페르미 준위의 에너지 차로, 물질에서 전자를 꺼내는 데 필요한 최소 에너지. 메탈 게이트의 문턱 전압과 쇼트키 장벽 높이를 좌우한다.

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