PNP접합 트랜지스터의 전기적 특성에 대해서 설명해 보세요.

PNP접합 트랜지스터의 모식도는 아래와 같다. 이미터, 베이스, 그리고 컬렉터로 나누어지는데, 다이오드 모식도와 아래 트랜지스터의 모식도와의 차이점은 위의 다이오드 모식도에서 가운데 있는 영역은 공핍층을 나타낸 것이다. 그리고 아래의 트랜지스터 모식도에서 가운데 있는 영역은 반도체로, 보다 명확하게 하기 위해서는 B-E와 B-C의 접합면에 공핍층이 있어야 한다.

NPN 접합트랜지스터와 PNP 접합트랜지스터의 작동방식은 비슷하므로 NPN 접합트랜지스터의 작동방식만 이해하면 PNP도 자연스럽게 이해할 수 있다. 이미터 쪽에 순방향 bias를 걸어준다. 이 경우 이미터의 n 쪽에 음의 전압을 베이스의 p 쪽에 양의 전압을 걸어주면 순방향 bias가 된다. 여기서 컬렉터 쪽에 역방향 bias를 걸어준다. 컬렉터의 n 쪽에 양의 전압을, 베이스의 p 쪽에 음의 전압을 걸어주는 것이다. 이렇게 하면 트랜지스터가 “작동”하게 된다.

이와 같이 전압을 인가하게 되면 이미터와 베이스 사이에 순방향 bias를 걸어주면 이미터에서 베이스 쪽으로 전자(이미터 반도체 내의 다수 캐리어)가 주입되고 베이스에서 이미터 쪽으로 정공(베이스 반도체 내의 다수 캐리어)이 주입된다. 한 가지 중요한 점은, 일반적으로 이미터 쪽의 불순물 도핑 양이 베이스 쪽의 불순물 도핑 양보다 훨씬 많으므로 이미터에서 베이스 쪽으로 주입되는 전자의 양이 베이스에서 이미터 쪽으로 주입되는 정공의 양보다 훨씬 많다는 것이다.

이로 인해 전자와 정공이 만나면 재결합하게 되는데, 전자의 양이 정공의 양보다 훨씬 많아서 대부분의 전자는 재결합하지 않은 채 컬렉터 쪽으로 넘어가 컬렉터 전류를 이룬다. 베이스 반도체 영역은 일반적으로 작게 만드는데, 그 이유는 전자와 정공의 재결합 가능성을 낮추어 더 많은 수의 전자가 이미터에서 컬렉터 쪽으로 살아서 갈 수 있도록 해주기 위함이다. 한편 컬렉터와 베이스 간의 bias를 살펴보면, 컬렉터와 베이스간에 역방향 bias를 걸어준다. 이는 컬렉터의 n 쪽에 양의 전압을, 베이스의 p 쪽에 음의 전압을 걸어주는 것을 말한다. 베이스 영역을 살아서 통과한 전자가 양의 전압에 의해 이끌려 컬렉터 영역을 무사히 통과하게 되어 컬렉터 전류를 이루게 된다.

일반적으로 이미터 쪽의 도핑은 컬렉터에 비해 높다. 베이스 영역을 빼고 생각해 보면 이미터에서 컬렉터 쪽으로 전자 농도의 차이가 있으므로 전자의 흐름이 있어서 전류가 흘러야 한다. 하지만 가운데 베이스가 끼어 전위장벽을 형성하므로 전자가 이동할 수 없어서 평상시에는 전류의 흐름이 없게 된다. 따라서 베이스의 전위장벽을 낮춰주어야만 비로소 이미터에서 컬렉터 쪽으로 전류가 흐르게 되고, 전위장벽이 낮아질수록 전자의 흐름이 더 수월해지는 것이다.

즉, 이미터에서 컬렉터 쪽으로 흐르는 전자의 양, 다른 의미로 컬렉터에서 이미터 쪽으로 흐르는 전류의 양이 베이스 영역의 전위장벽에 의해서 조절되는 것이다. 베이스 영역의 전위장벽은 베이스 전류에 의해서 조절되기 때문에, 컬렉터에서 이미터로 흐르는 전류의 양은 베이스 전류에 의해서 조절된다고 할 수 있다.

대체로 베이스 전류는 일반적으로 매우 낮은 편으로, 매우 낮은 전류의 흐름을 통해 컬렉터와 이미터 간의 전류를 조절하는 일종의 컨트롤러와 같은 역할을 수행한다. 이와 같이 ‘매우 낮은 베이스 전류를 가지고 컬렉터와 이미터 간의 전류를 조절한다’는 것은, 다른 시각으로 보면 ‘베이스 전류의 작은 변화가 컬렉터와 이미터 간의 전류를 크게 변화시킨다’는 것으로 이해할 수 있다. 이것을 우리는 전류증폭이라고 부른다. 이는 베이스 전류의 작은 변화를 입력으로 주면 컬렉터와 이미터 간의 큰 전류 변화가 출력으로 나타난다는 것으로, 이것을 접합트랜지스터의 활성모드라고 부른다.