PN 접합의 공핍층과 역방향 바이어스
p형과 n형 반도체를 접합하면 경계 부근에서 전자와 정공이 확산해 재결합하고, 이온화된 도너와 억셉터만 남은 공핍층이 생깁니다. 공핍층 안의 이온 전하가 만드는 전위차가 내장 전위이며, 이것이 캐리어가 더 이상 확산하지 못하도록 막습니다.
역방향 바이어스를 걸면 접합의 전위차가 커져 공핍층이 넓어집니다. 폭은 (내장 전위 + 역방향 바이어스 전압)의 제곱근에 비례하며, 양쪽 이온 전하가 같아지도록 농도가 낮은 쪽으로 크게 넓어집니다. 공핍층은 양쪽에 전하를 가진 커패시터처럼 동작하므로, 폭이 넓어질수록 접합 용량은 작아집니다.
직접 확인하기: 역방향 바이어스와 공핍층 폭
슬라이더로 역방향 바이어스 전압을 바꾸면 공핍층 폭이 식대로 변합니다. 조건은 Si, p측 NA = 10¹⁷ cm⁻³, n측 ND = 10¹⁶ cm⁻³, 300 K(PN 접합 계산기의 기본값)이며, 가로 길이는 실제 비율로 그렸습니다.