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트랜지스터 (transistor) 

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내용 반도체를 이용한 능동소자(能動素子). 접합트랜지스터와 전기장효과트랜지스터가 있다. 전기장효과트랜지스터는 미국의 J.E. 리니엔필드에 의해 1928년 특허가 제출되었으나, 접합트랜지스터는 1948년 J. 바딘·W.H. 브래튼이 점접촉트랜지스터의 형태로 보고한 것이 최초이다. 그 뒤 1949년에는 W.B. 쇼클리가 pn접합 및 pn접합을 이용한 트랜지스터 이론을 발표하였고, 이어서 성장접합트랜지스터의 시작(試作)이 발표되었다. 실용적인 전기장효과트랜지스터로는 1952년 쇼클리가 접합게이트 전기장효과트랜지스터 이론을 발표한 뒤 얼마 안 되어 시작이 만들어졌고, MOS전기장효과트랜지스터가 출현한 것은 1960년대 초이다. MOS는 게이트가 금속(M)이고 산화물층(O)을 통해서 반도체(S)에 접해 있음을 의미한다. 
 
 접합트랜지스터 
 
접합트랜지스터는 〔그림 1〕과같이 pnp형과 npn형이 있으며, 이미터(emitter)·베이스(base)·컬렉터(collector)라 하는 3층의 반도체 영역이 하나의 결정 안에 만들어져 있는 구조를 갖는다. 이 3층에 각각 옴(ohm)접촉하여 외부로 끌어내는 리드선이 설치되어 있다. 트랜지스터의 성능, 특히 고주파 특성을 높이기 위해서는 베이스의 두께를 얇게 하여 ㎛ 정도로 한다. 접합트랜지스터를 제작하기 위하여 개발된 기술은 성장접합법→ 합금접합법→ 확산접합법의 차례로 발전하였는데, 오늘날에는 실리콘을 반도체 기체(基體)로 하는 확산접합법이 주체가 되고 있다. 트랜지스터를 만드는 것은 결국 p나 n이라는 전도형(傳導型)이 서로 다른 층의 접합면을 결정 안의 정해진 위치에 만드는 것이다. 예를 들면 합금접합법에서는 게르마늄 n형반도체 펠릿(얇은 수십 ㎛의 작은 판모양의 것)의 양면에 인듐(indium)을 접착해 놓고, 온도를 일단 상승시켜 반도체를 녹인 다음 냉각시켜 p형의 재결정영역을 만들어 pnp구조로 만든다. 이처럼 3층 가운데 1층은 기본반도체로써 2층의 영역을 만든다. 현재 주류인 실리콘트랜지스터에서는 〔그림 2〕에 나타나듯 n형반도체 기판에 2중으로 p형의 베이스불순물, n형의 이미터불순물을 확산법으로 결정을 녹이지 않는 온도로 결정내에 침투시켜 npn구조로 만든다. pn접합면은 불순물 농도가 서로 같아 특성상 상쇄되므로 불순물 농도로는 그 차를 생각할 수 있으며, 고저항의 얇은 면이 된다. 〔그림 3〕은 합금접합법에 의한 합금접합형 트랜지스터, 확산법에 의한 실리콘트랜지스터의 단면을 나타낸다. 합금접합형 트랜지스터는 컬렉터의 넓이를 크게 하여 이미터로부터 전류(양공전류)가 모두 컬렉터로 흘러 들어가도록 되어 있다. 반도체기판(베이스)의 양면에 2개의 접합면을 만들어 그 간격(베이스 나비 )을 ㎛ 정도로 하는 것은 매우 어려운 일이며 또 실리콘으로는 합금접합을 만들기 어렵다. 확산트랜지스터는 특히 에피택시얼플레이너트랜지스터라 불리는 것이 있다. n형 고농도 불순물의 저항이 극히 작은 반도체기판(서브스트레이트) 위에 기체상성장법(氣體相成長法)으로 얇은 n형의 층(에피택시얼층)을 만들고, 이 층 안에 이미터와 베이스를 확산법으로 생성시킨다. 에피택시얼층은 컬렉터가 된다. ++, +는 농도의 정도를 나타낸다. 이들 층을 만들기 위해서는 에피택시얼층을 산화하여 포토마스크를 이용해서 산화막에 구멍을 뚫고 그곳에서 불순물을 확산시키는 조작을 되풀이한다. 또 이미터전극과 베이스전극도 포토마스크를 이용해서 만든다. 표면이 산화막으로 덮여 있으므로 특성적으로 안정하고, 컬렉터층의 나비가 좁으므로 컬렉터 저항이 작아 특성이 좋다. 〔그림 4-b〕의 에피택시얼층 표면을 기준으로 확산이 모두 이루어지므로, 베이스 나비는 베이스 전면에 걸쳐서 고르게, 또 ㎛ 정도로 할 수 있으므로 고주파 특성이 좋다. 확산법은 특히 실리콘에 적합하며 특성도 우수하므로, 현재는 실리콘확산트랜지스터가 대부분이다. 〔그림 4〕의 p형 이미터, n형 베이스의 경계 m를 이미터접합, 경계 m를 컬렉터접합이라 하는데, 전압 를 가하지 않은 상태에서도 경계의 양쪽에 공핍층(空乏層)이 생긴다. 공핍층에서는 반송자(carrier)인 양공과 전자가 없어지며, 이온화한 불순물이 층과 θ층으로 노출되고 있다. 이 층, θ층의 전하로 〔그림 4-b〕에 보이는 점선의 전위분포가 생긴다. 그 상태에서는 전류가 흐르지 않지만 를 그림에 표시한 극성에서 가하면 이미터접합은 순방향으로 바이어스되어 이미터접합의 양끝에 걸리는 전위차는 적어지고, 컬렉터접합은 역방향으로 바이어스되어 그 전위차가 커진다. 이미터내의 반송자인 양공은 전위장벽이 낮아져서 그림의 =0에 고밀도 로 주입된다. 한편 컬렉터접합은 장벽이 높아지므로 컬렉터내의 반송자인 양공이 들어올려지지 않아 =에서는 양공이 거의 없다. 이와 같이 베이스 안에 양공밀도 차가 생기므로 왼쪽에서 오른쪽으로 양