반도체 만들기 실험 - bandoche mandeulgi silheom

과학실험

통합과학, 물리학1 반도체와 신소재 실험 수업

반도체 신소재 실험 

반도체와 신소재는 실험을 할 재료가 마땅치 않다. 

사실 잘 몰라서 실험을 못한다.

통합과학의 신소재는 주로 여러가지 반도체의 종류와 그래핀 등의 신소재를 다루고 있고

물리학1의 반도체는 다이오드와 LED를 다루고 있다.

둘 다에 적용 가능한 것을 브레드 보드로 만들어 보았다.

완성품 전체 모습.

배터리는 18650충전지로 3.7V 출력이라 LED 전압과 잘 맞는다.

또 배터리 자체에 과전류 방지 장치가 되어있어서 단락이 일어나 화재가 발생하는 것을 막아줄 수 있다.

물론 배터리도 10개.

순서를 정해줘야 되므로 

1번은 LED  (+), (-)극을 제대로 연결해야 한다.

2번은 가운데 브릿지다이오드가 있어서 극성을 바꿔 연결해도 불이 들어온다.

3번은 CdS. 빛의 밝기에 따라 전류의 세기가 달라지는 신소재

4번은 플렉서블 센서, 구부리는 정도에 따라 전류의 세기가 달라지는 신소재.

플렉스 센서는 브레드보드에 고정시키기가 힘들어 따로 몰렉스에 끼우고 LED를 달아서 

구부리는 정도에 따라 빛의 밝기가 달라지도록 했다.

완성되면 위 사진 처럼 된다.

배터리는 18650 충전지로 했다. 3.7V인데 과열방지회로가 내장되어 있다.

간단 학습지.

 

사이리스터(Thyristor)는 트랜지스터와 비슷한 기능을 하는 스위칭 소자입니다.
‘사이리스터’를 ‘실리콘 제어 정류기(Silicon-controlled rectifier, 줄여서 SCR)’라고 부르기도 합니다. 정식명칭은 ‘사이리스터’입니다.

스위칭 역할을 한다는 점에서는 손으로 누르는 스위치 또는 트랜지스터와 같은 기능을 합니다.
다만, 작동 조건은 서로 조금씩 다릅니다.

  1. 손으로 누르는 스위치는 손으로 스위치를 눌러주면 회로가 연결됩니다.
  2. 트랜지스터의 경우에는 베이스(B) 단자에 0.6~0.7V 이상의 전압을 가해주면 회로가 연결됩니다.
  3. 사이리스터의 경우에는 게이트(G) 단자에 약 0.8V 이상의 전압을 가해주면 회로가 연결됩니다.

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사이리스터가 트랜지스터와 다른 점은 일단 한번 작동하기 시작하면 그 이후에는 게이트(G) 단자가 열려 있어도 계속 작동하고 있다는 점입니다.

사이리스터도 트랜지스터와 마찬가지로 3개의 단자를 가지고 있습니다. 세 단자의 이름은 각각 게이트(G), 애노드(A), 캐소드(C) 라고 부릅니다.

애노드(A)와 캐소드(C)라는 단자의 명칭은 다른 전자부품에서도 자주 사용합니다.
애노드(A)라는 명칭은 전류가 흘러 들어가는 곳이라는 뜻을 가지고 있으며, 캐소드(C)라는 명칭은 전류가 흘러 나오는 곳이라는 뜻을 가지고 있습니다.
전류와 전자의 흐름의 방향은 서로 반대이므로, 전자의 입장에서 보면, 애노드(A)는 전극 중 전자가 흘러 나오는 전극이고, 캐소드(C)는 전자가 흘러 들어가는 전극을 의미합니다.

사이리스터 연결법

사이리스터를 연결하는 방법은 트랜지스터와 비슷합니다.
즉, 트랜지스터의 베이스(B)에 약한 전압을 거는 것만으로 큰 전류를 흐르게 할 수 있는 것처럼 사이리스터의 게이트(G)에 약한 전압(약 0.8V이상)을 거는 것으로 큰 전류를 흐르게 할 수 있습니다. 다만, 사이리스터는 한번 작동하기 시작하면 그 이후에는 게이트(G) 단자가 열려 있어도 계속 작동상태를 유지합니다.

작동중인 사이리스터를 멈추기 위해서는 애노드(A)-캐소드(C) 사이에 전원공급을 차단하거나 역(-)전압을 걸어주는 방법을 사용합니다. 2P4M 사이리스터는 게이트(G) 전압을 0.2V 이하로 낮추어 주는 것으로도 간단히 멈출 수 있습니다. 이 실험에서는 게이트(G)를 캐소드(C)와 합선시켜 간단히 LED를 소등시켰습니다.

회로 분석

오른쪽 스위치를 누르면 게이트(G)에 (+)전압이 걸리면서 사이리스터가 작동되어 LED에 불이 들어옵니다. 스위치를 계속 누르고 있지 않아도 사이리스터는 계속 작동됩니다.
왼쪽 스위치를 누르면 게이트(G)가 건전지의 (-)극에 직접 연결됩니다. 따라서 게이트에는 0V의 전압이 걸리면서 사이리스터 작동이 멈추면서 LED도 소등됩니다.

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기초전자재료실험 | 반도체 홀 측정

Engineering/전자전기공학

기초전자재료실험 | 반도체 홀 측정

곰뚱 2022. 6. 12. 23:15

반도체 만들기 실험 - bandoche mandeulgi silheom

홀 효과(Hall effect)란 시료가 자기장 속에 놓여 있을 때, 자기장에 수직한 방향으로 전류를 흘려주면 자기장과 전류에 수직한 방향으로 전위차가 발생하는 현상이다. 이를 통해 반도체 그래핀 박막의 전하 운반자의 종류가 전자인지 정공인지를 구별 할 수 있고, 전하의 밀도와, 이동도를 실험으로 알아낼 수 있다.

반도체의 종류에는 불순물, 결함이 없는 순수한 Si로 이뤄진 진성 반도체(intrinsic semiconductor)와 순수한 Si에 적은 양의 불순물을 넣어 전자 혹은 정공의 농도를 높인 불순물 반도체(extrinsic semiconductor)가 있다.

진성 반도체는 Si 원자가 공유결합을 한 상태로 결정을 형성하고 있으며 전자는 0K에서 가전자띠 까지 채워져 있고 전자띠는 비어있다. 외부의 광에너지나 열에너지에 의해 전자가 여기(勵起)되어서 전자띠로 올라가며, 가전자띠의 빈자리가 정공이 되는 것이다. 이렇게 생성된 정공과 전자는 외부 전계에 의해 자유롭게 움직이게 된다. Si-Si 결합을 끊어서 자유전자와 정공을 만들어 내는 것이다. 전계가 인가될 때 전도띠의 전자는 가전자띠의 전도와 움직여서 전도도에 영향을 준다.

실험 방법

1. 실험 과정

1) 두께가 10인 그래픽 박막의 꼭짓점 4곳에 ABCD 4개의 전극을 연결한다. 각각 ABBC에 전류를 흘려준다. 이는 면 저항을 구하기 위함이고 이를 위해 전기전도도를 알 수 있다.

2) 걸어줄 자기장과 전류를 설정, 소프트웨어로 측정한 홀 전압 측정값을 확인한다. A-C, B-D 홀 전압을 확인하고 평균값을 구한다.

3) 공식을 이용하여 홀 계수, 전하밀도, 이동도를 구한다

[기초전자재료실험]반도체 홀 측정 레포트

1. 실험 목적 가. 홀 효과(Hall effect)란 시료가 자기장 속에 놓여 있을 때, 자기장에 수직한 방향으로 전류를 흘려주면 자기장과 전류에 수직한 방향으로 전위차가 발생하는 현상이다. 이를 통해

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