반도체, 다이오드, 트랜지스터

                    김진국

요점

n형, p형 반도체

반도체 제품인 다이오드와 트랜지스터는 p형(positive, 양) 반도체와 n형(negative, 음) 반도체로 구성되어 있다. p형 반도체는 전자가 부족한 상태인 전공을 갖게 하고 n형 반도체는 자유전자를 갖게 만든 것이다.
그런데 p형 반도체와 n형 반도체는 순물질의 반도체가 아니고 반도체와 다른 물질을 조합하여 만든 것이다. 반도체는 상온에서 전기가 흐르지 않기 때문이다.

다이오드(diode)

 다이오드는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합하여 n형 반도체  쪽에서 p형 반도체 쪽으로만 전자가 이동하는 원리를 이용하여 교류를 직류 전류로 전환시키는 정류 작용을 하도록 한 것이다.

트랜지스터(transistor)

다이오드(diode)의 n-p접합 반도체는 n형 반도체  쪽에서 p형 반도체 쪽으로만 전자가 이동할 수 있는 것이 아니다. 전자가 이동하지 못하도록 방해하는 저항 크기 이상으로  역방향 전압이 가해지면 전류가 n형 반도체 쪽에서 p형 반도체 쪽으로도 흐를 수 있다(전자는 p형 반도체  쪽에서 n형 반도체 쪽으로). 더욱이 p형 반도체의 폭을 매우 좁게 만들어 저항 크기를 낮추어 p형 반도체  쪽에서 n형 반도체 쪽으로 쉽게 전자가 이동할 수 있게 만든다. 이렇게 양쪽 방향으로 전류가 흐를 수 있는 원리를 이용하여 트랜지스터를 만든 것이다.
(C) n-p-n(E) 트랜지스터는 입력부(base, 베이스)인 p와 콜렉터(collector, 출력부)인 (C) n를 (+) 극에 연결하며 이미터(emitter)인 n(E)은(-) 극에 연결한다. 증폭하려는 신호 전류를 베이스인 p와 이미터인 n(E) 회로에 입력하고 공급하는 에너지 전원을 이미터인 n(E)와 콜렉터인 (C) n을 연결하여 콜렉터인 (C) n으로 증폭된 전류가 출력되게 한다. 여기서 p-n(E)의 접합부위는 다이오드와 같은 원리로 (+) 극에 p형 반도체를 연결하고 (-) 극에 이미터인 n(E)를 연결하면 전자는 이미터에서 입력부인 p형 반도체로 이동한다. 그런데 npn형 트랜지스터는 p형 반도체를 너무나 좁게 만들어졌으므로 (C) n-p접합부위의 저항이 작다. 그래서 이 작은 저항을 극복할 수 있는 전류가  역방향으로 가해지면 전자가 베이스인 p형 반도체에서 콜렉터인 (C) n형 반도체로 넘어간다. 더욱이 콜렉터인 (C) n형 반도체에 (+) 극이 강하게 걸려 있어 전위차가 크므로 전자가 쉽게 넘어간다.
트랜지스터는 신호 전류를 베이스인 p형 반도체와 이미터인 n(E) 형 반도체로 흐르게 하면 이 전류의 세기에 따라 (C) n에서 n(E)로  100배 이상의 전류가 유인되어 흐르게 되는 것이다. 이렇게 베이스에 입력되는 신호를 출력부인 콜렉터로 증폭시켜 출력하는 것이다. 이때 트랜지스터는 에너지를 증가시키는 것이 아니며 신호 증폭에 필요한 전하는 이미터인 n(E)에서 공급되는 것이다.

1. 역사

가. 진공관(vacuum-tube)

1883년 토머스 에디슨(Thomas Edison, 1847~1931, 미국)이 에디슨 효과를 발견하였다. 에디슨 효과란 백열전구 속에서 필라멘트가 뜨거워지면 필라멘트에서 전자가 방출되어 조금 떨어진 차가운 금속판으로 전기가 흐르는 것이다.
 이것을 기초로 하여 영국의 플레밍(John Ambrose Fleming, 1849 ~ 1945)이 1904년 진공관을 발명하였다.
진공관은 진공의 유리관 속에 필라멘트로 된 극과 떨어진 곳에 다른 극을 설치한 것이다.  필라멘트를 뜨겁게 달구어 전자를 발산시키고 발산된 전자를 양전기를 띤 다른 전극이 끌어당기도록 하면 전자는 유리관 속의 진공을 통과하여 양전기를 띤 전극으로 들어간다. 전자를 방출했던 필라멘트는 상대적으로 음극이 된다. 결과적으로 진공관에 전류가 흐르는 것이다. 만약 진공관의 전극을 바꾸어 연결하면 필라멘트에서 발산된 전자가 (-) 극으로 갈 수는 없으므로 전류가 흐르지 않는다. 2극 진공관은 다이오드와 같은 정류 작용을 하는 것이다.  1906년 리 디포리스트(Lee de Forest, 1873 ~ 1961, 미국)는 2극 진공관의 두 극 사이에 극을 하나 더 설치하여 3극 진공관을 발명하였는데 3극 진공관은 트랜지스터와 같은 증폭 작용을 한다. 그런데 진공관은 필라멘트를 뜨겁게 달구는 과정에 많은 전력이 소모된다. 이 때문에 진공관을 이용하여 전자제품을 만들면 부피도 크지만 소형 건전지로 작동시키기가 어려우므로 휴대용 전자제품을 만들 수 없다.
진공관으로 만든 라디오는 20인치 브라운관 TV 만큼 크고 저급의 노트북 성능보다 못한 에니악이라는 진공관 컴퓨터는 집체만큼 크다고 한다.

나. 트랜지스터(transistor)

1948년 벨연구소의 쇼클리(윌리엄 브래드포드 쇼클리, William Bradford Shockley, 1910∼1989, 미국), 바딘(John Bardeen, 1908~1991, 미국), 브래튼(Walter Houser Brattain, 1902 ~, 미국)이 빛을 쪼이거나 전자를 흐르게 하면 전도도가 달라지는 트랜지스터를 발명하였다.
트랜지스터가 발명되자 라디오는 사전 크기로 작아졌다.
1958년에는 텍사스 인스트루먼트(TI)의 잭 킬비(Jack S. Kilby)와 페어차일드(Fairchild)의 로버트 노이스(Robert Noyce)가 하나의 반도체(실리콘) 조각 위에 트랜지스터뿐만 아니라 저항, 다이오드, 커패시터(capacitor, condenser) 등의 여러 소자를 배치하고 연결하는 집적회로(IC)를 개발함으로써 소자는 점점 작아졌다.
이어서 소자의 집적도를 증가시킨 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)를 거쳐 프로세서, 메모리, 프로그램 가능 로직과 아날로그, RF(radio frequency, 무선주파수) 등 모든 요소들을 하나의 칩 안에 집적하는 시스템 온칩(SoC, System–on-Chip)의 시대가 되었다.
우리의 생활에 전자 제품 없이는 살 수 없게 되었고, 모든 전자 제품에는 트랜지스터가 핵심부품이다. 현재 사용하는 컴퓨터는 물론이고 통신기기, 스마트폰, 가전제품 등 모든 전자 제품에 집적회로(IC)가 사용되고 있다.  트랜지스터가 발명되어 크기가 작아지고 에너지 소모가 적어진 집적회로(IC)가 개발됨에 따라 고성능 전자기기가 생산되어 전자 산업 시대가 된 것이다.

2. 도체, 반도체,  부도체

가. 원자(原子, atom)

물질을 구성하는 원자는 양전기를 띠는 양성자와 중성자로 된 핵이 가운데 있고 그 바깥에 음전기를 띠는 전자가 돌고 있다. 그런데 에너지를 받으면 에너지를 가진 전자가  궤도(각)를 이탈하여 다른 궤도로 이동하거나 밖으로 방출되어 나오며 이 전하가 에너지를 잃으면 에너지가 낮은 빈자리로 돌아간다. 이때 궤도를 이탈하여 나온 전자는 음의 전하가 되고 전자를 잃은 나머지 핵 부분은 양의 전하가 된다. 전하(電荷, electrical charge)는 전기적 성질의 근원이 되는 물리량이다. 일반 전기에서는 전자만 이동하므로 일을 할 수 있는 전자를 전하라 한다.
원자의 구조에서 핵 밖의 각(궤도)에 돌 수 있는 최대의 전자의 개수는 2n^2이다. 즉 가장 안쪽의 각에는 전자가 최대로 2개까지 돌 수 있으며 두 번째 각에는 8개, 세 번째 각에는 최대 18개의 전자가 돌 수 있는 것이다. 그리고 최외각에 전자가 채워졌을 때 안정상태가 된다. 그래서 최외각 전자가 4개 이하면 내어 놓기가 쉽고 4개 이상 이면 받아들이기가 쉽다. 이들 원자 간에 전자를 주고받아 안정한 상태의 화합물을 이루고 있다.

나. 도체(導體, conductor)

1) 원자 상태
 금속 같은 도체는 최외각에 전자가 1~3개 밖에 없으므로 화학적으로 불안정하며 외부의 자극에 쉽게 반응하게 된다. 우리는 이 최외각 전자를 일컬어 최외각 전자, 원자가 전자, 가전자 또는 자유전자라 한다. 자유 전자란 금속 안에 속박되어 있지만 특정한 원자에 붙들려 있지 않아서 금속 안을 이리저리 자유롭게 움직일 수 있는 전자를 말한다.
금속은 밖에서 전기를 걸어 주면 자유 전자들이 한 방향으로 움직이므로 전류를 형성한다.
금속에 자유 전자로 많이 있을 수 있는 이유는 금속 원자의 전자들이 가질 수 있는 에너지 상태의 특성 때문이다.

2) 고체 상태
고체에서는 기체, 액체와는 달리 원자들이 수없이 많이 집합되어 있으므로 각각의 원자를 돌고 있는 전자들의 궤도가 중첩되어 에너지 간격이 매우 촘촘해지는 에너지 띠 형태를 형성한다.
이러한 에너지 상태를 ‘원자가 띠(valence band)’라고 한다. 고체의 에너지 띠에서 원자가 띠는 전자가 꽉 차 있는 띠 중 가장 에너지가 높은 띠이며 움직일 수 없는 전자들이 존재한다. 여기에 에너지를 가하면 전자가 더 높은 띠로 이동하므로 움직일 수 있다.
그런데 금속에는 ‘전도 띠(conduction band)’라는 원자가 띠보다 좀 더 높은 에너지 상태가 있다. 금속에서 완전히 탈출하지는 못하지만 이 원자핵 저 원자핵 왔다 갔다 하면서 돌아다니는 자유 전자들이 존재하는 에너지 상태가 바로 이 전도 띠에 해당한다.
그래서 전도 띠에 있는 전자들을 자유 전자라고 한다.
금속의 최외각 전자들은 원자가 띠와 전도 띠 사이의 에너지 간격이 없다. 그래서 금속에는 전도 띠에 전자들이 많이 존재한다. 도체가 전류를 잘 통하는 이유는 이 때문이다.

다. 부도체(不導體, insulator)

부도체는 원자가 띠와 전도 띠의 띠 간격(band gap)이 비교적 크다. 그리고 전도 띠에는 전자가 없으며 어느 정도의 에너지가 유입되어도 원자가 띠의 전자들이 쉽게 전도 띠로 올라갈 수 없어 전류가 흐르지 않는다.

라. 반도체(semiconductor)

반도체는 전자들이 원자가 띠를 거의 가득 채우고 있다.
진성반도체인 실리콘과 저마늄은 원자가 전자를 4개 가지고 있어 그들끼리 공유결합을 하면 남아있는 원자가 전자가 없으므로 전류가 흐를 수 없는 것이다.
상온에서는 전도 띠에 전자가 없기 때문에 전류가 흐르지 않는다.
그러나 반도체는 열에너지를 받으면 원자가 띠의 전자들이 전도 띠로 옮겨 가서 전류가 흐를 수 있다.

3. 진성 반도체(intrinsic semiconductor)

진성반도체(intrinsic semiconductor)는 원자가 전자를 4개 가지는 주기율표상에서 탄소, 실리콘, 저마늄과 같은 족의 원소들이다. 이들 원소는 고체 상태에서 각 구성 원자의 4개의 최외각 전자( 원자가 전자, 가전자)들은 모두 서로 공유 결합되어 있으므로 자유롭게 움직일 수 없다. 공유 결합된 진성반도체에서 전자가 존재하는 최고 에너지대(帶)인 원자가 띠에는 완전히 차 있고 그 위의 전도 띠에는 전혀 자유 전자가 존재하지 않기 때문에 전류가 흐르지 않는다.
그런데 진성반도체의 원자가 띠의 전자들이 열에너지를 받으면 전도 띠로 옮겨 가서 전류가 흐르게 되는 것이다. 그러나 상온에서는 전류가 거의 흐르지 않는다.
반도체에서 열에너지에 의해 들뜬 전자들이 원자가 띠에서 전자 띠로 옮겨 가서 딴 곳으로 이동하면 원자가 띠에는 전자들이 빠져나간 빈자리 즉 정공(electron hole, 正孔)이 생긴다.
이 전공은 양전하를 띤다. 정공 자체는 입자가 아니고 자리이므로 이동할 수 없다. 그런데 주변 전자들이 정공으로 이동하므로 반대로 정공이 원자들 사이로 이동하는 것처럼 보인다. 그래서 정공도 전하를 운반하며 전류를 흐르게 하는 역할을 한다고 볼 수 있다. 반도체에서 전류의 흐름은 자유 전자와 정공에 의해 일어나기 때문에, 이 둘을 캐리어(carrier)라고 한다.

4. 반도체의 이용(외인성 반도체, extrinsic semiconductor)

저마늄(Ge)이나 실리콘(규소, Si)같이 원자가 전자를 4개 가지는 주기율표에서 탄소와 같은 족의 원소들을 진성 반도체(intrinsic semiconductor)라 한다. 진성 반도체(intrinsic semiconductor)는 주기율표의 같은 세로줄에 탄소-실리콘-저마늄 순으로 배치되어 있다.
진성반도체는 고체일 때 다른 원자와 공유 결합되어 있다. 그래서 진성반도체 원자의 최외각 4개의 전자( 원자가 전자, 가전자, 자유 전자)들은 모두 공유 결합되었으므로 남아 있는 자유 전자는 없다. 진성반도체 원자의 원자가 띠에는 전자가 모두 차있고 그 위의 전도 띠에는 전혀 자유 전자가 존재하지 않기 때문에 상온에서는 전류가 거의 흐르지 않는다. 진성반도체는 상온에서 전류가 흐르지 않으므로 전기적 작용을 할 수 없는 것이다. 진성반도체는 단독으로 작용할 수 있는 작용이 없다는 것이다.
그래서 진성반도체를 다른 물질과 결합하여 상온에서 전기적으로 특별한 작용을 하는 부품을 개발하게 된 것이다.
진성 반도체에 불순물을 소량 결합(dopping)시켜 만든 반도체를 외인성 반도체(extrinsic semiconductor)라 한다.
외인성 반도체(extrinsic semiconductor)에 이용되는 불순물로 원자가 전자가 5개 이상인 원소와 원자가 전자가 3개 이하인 원소가 있는데 전자가 5개 이상인 원소가 진성반도체에 결합되면 불순물은 전자를 잘 내놓기 때문에 공여체(donor, 주개)가 되고 진성반도체는 자유전자를 같게 된다. 원자가 전자가 3개 이하인 원소가 진성반도체와 결합하면 반대로 진성반도체는 전자를 잃게 되고(전공) 불순물은 전자를 받아들여 수용체(acceptor, 받개)의 역할을 한다.
이렇게 불순물을 소량 결합(dopping)시켜 만든 외인성 반도체(extrinsic semiconductor)가 특별한 전기적 작용을 하는 것이다.

5. n형과 p형 반도체

외인성 반도체에는 n형과 p형이 있는데, n형은 음(negative)의, p형은 양(positive)의 영어에서 유래했다.
외인성 반도체(extrinsic semiconductor)에 결합된 불순물의 에너지 준위(페르미 에너지, Fermi energy, 전자가 차지할 수 있는 상태들 중 최대 에너지의 상태이다.)는 진성 반도체(intrinsic semiconductor)의 원자가 띠의 위 혹은 아래에 있다.
n형 반도체를 만들기 위해서는 진성반도체에 불순물로 비소(As)를  결합시킨다. 비소(As)는 주기율표상 5족의 원소로  원자가 전자가 5개이다.
그래서 비소(As)의 에너지 준위(페르미 에너지, Fermi energy, 전자가 차지할 수 있는 상태들 중 최대 에너지의 상태이다.)는 전도 띠에 좀 더 가깝다.
비소(As)를 반도체의 불순물로 넣으면 진성반도체와 결합에 필요한 4개의 전자를 제외하고 하나의 전자가 남는다.  이렇게 불순물의 전자는 느슨하게 결합되어 있어서 약간의 에너지만 받아도 전자가 방출되어 반도체의 전도 띠로 이동한다.  
 그 결과 전자를 받은 진성반도체는 (-) 전하를 가지므로 negative를 뜻하는 n형이라  한다. 그리고 공여체(donor, 주개)인 비소(As)는 양의 전하를 띠게 된다.
 n형 반도체에는 비소(As)를 많이 결합시켜(dopping) 자유전자를 많이 흐르게 한다.
p형 반도체는 3족으로 원자가 전자가 3개인 갈륨(Ga)이나 인듐(In)을 불순물로 결합시킨다. 갈륨(Ga)이나 인듐(In)의 페르미 에너지는 전도 띠보다 원자가 띠에 훨씬 가깝다. 그래서 불순물은 진성반도체에 있는 원자가 띠의 전자를 쉽게 받아들여 안정된 결합을 한다.  
이때 진성반도체에 결합시킨 불순물인 갈륨은 수용체(acceptor, 받개)가 되어 음전하를 띠게 된다. 그리고 진성반도체는 공여체가 되어 양전하의 정공을 가진다.
p형 반도체는 양전하를 띤 정공이 전하를 전달하는 역할을 한다. 그래서 positive를 뜻하는 p형이라는 이름이 붙은 것이다.

6. 다이오드(diode)

p형 반도체와 n형 반도체를 접합한 반도체를 다이오드(diode)라 한다. n형 반도체에서는 음전하를 띤 전자가 전하를 옮기고 p형 반도체에서는 양전하를 띤 정공이 전하를 옮긴다. 정공은 전자가 없는 부분이므로  p형 반도체는 전자의 밀도가 낮고 n형 반도체는 전자의 밀도가 높다. 이에 따라 전위차가 발생하지만 쉽게 전류가 흐르지 않는다. p형 반도체와 n형 반도체의 접합 부위는 결핍층(공핍층)을 형성하므로 저항으로 작용하기 때문이다. 결핍층(공핍층)은 p형과 n형이 접합되면 접합부위 부근의 p형에는 정공이 부족하게 되고 n형에는 전자가 부족하게 되어 접합부위의 전위차가 더욱 낮아지기 때문이다.
 여기에 순방향(p형에 양극, n형에는 음극 연결)으로 전극을 연결하면 결핍증이 줄어들고 전위차는 더 증가하므로 저항을 쉽게 극복하여 전기가 잘 흐른다(0.7V).
역방향(p형에 음극, n형에는 양극 연결)으로 전극을 연결하면 결핍층은 더 넓어진다. 그래서 전위차와 더 넓어진 결핍층을 모두 극복해야 전류가 흐를 수 있다(-50V,  항복 전압).
실제로 다이오드(diode)의 p형 반도체에 음극(-)을 연결하고 n형 반도체에 양극(+)을 연결하면 p형 반도체의 정공들은 음극(-)으로 쏠리게 되고 n형의 전자들은 양극(+)에 쏠리게 되어 두 반도체가 접합된 곳에서는 전류가 흐르지 않게 된다. 즉 p형 반도체에 음극(-)이 연결되면 전자들이 흘러 들어와 p형 반도체의 정공을 채워버려  p형 반도체와 n형 반도체의 접합부위가 저항으로 작용하기 때문에 p형에서 n형 반도체로 전자(-)가 흘러가지 못하는 것이다. 그래서 쉽게 전자가 p형 반도체에서 n형 반도체로 건너 흐를 수 없는 것이다.
이제 전극을 반대 방향으로, 즉 p형 반도체에 양극(+)을, n형 반도체에 음극(-)을 연결하면 양극(+)에 연결된 p형 반도체의 정공이 결합 부위 쪽으로 밀려가게 되고 음극(-)에 연결된 전자도 결합 부위 쪽으로 밀려가게 되어 반도체 내부에서 전자(-)는 n형에서 결합 부위를 넘어 p형으로 흐르게 된다. 이렇게 전류는 p형에서 n형으로 흐르게 된다. 결과적으로 n형 반도체와 p형 반도체를 접합시켜 만든 다이오드는 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 것이다.
즉 다이오드는 정류 작용을 한다. 다이오드는 말 그대로 다리가 둘 달린 2극 반도체이다. (‘di-’라는 접두사는 2를 뜻한다.)

7. 트랜지스터(transistor)

트랜지스터는 p형 반도체와 n형 반도체를 n형-p형-n형 순서로 접합하면 npn형 트랜지스터이고, p형-n형-p형 순서로 접합하면  pnp형 트랜지스터가 된다.
npn형 트랜지스터에서는 p형 반도체가 가운데에 위치해 있다. 이때 p형 반도체는 양쪽에 있는 n형 반도체에 비해 폭이 무척 좁다. 폭이 좁게 만들어진 트랜지스터의 p형 반도체는 역방향의 전류에 쉽게 저항이 무너져 p형에서 n형으로 전자가 흐를 수 있다.
 npn형 트랜지스터에 붙어 있는 세 개의 전극,  즉 단자는 양쪽 가에 있는 2개의 n형 반도체와 그 사이에 있는 p형 반도체에 접속된다. 가운데의 p형 반도체에 접속된 단자를 베이스(B: base)라고 부른다. 베이스(B: base)는 입력(Input : 증폭하려는 신호 전류의 입력부),  n형 반도체에 결합된 단자 중 하나인 이미터(E : emitter, 전자 전공 방출자),  n형에 결합된 단자 중 다른 하나인 컬렉터 (C : collector)는 증폭되어 나오는 출력(Output)을 나타낸다.
npn형 트랜지스터는 n형 반도체와 p형 반도체가 교대로 접합되어 있기 때문에 이 중에서 n형 반도체와 p형 반도체만 따로 떼어 내어 보면 각각 다이오드와 같다. 여기에서 트랜지스터의 작용을 알아낼 수 있다.
먼저 n형 반도체인 콜렉터(C)에 양극(+)을 연결하고 p형 반도체의 베이스(B)에 음극(-)을 연결하면 전류가 흐르지 않는다.
이렇게 연결하는 것을 역전압 혹은 역방향이라 한다.
이것은 다이오드의 p형 반도체에 음극(-)을 연결하고 n형 반도체에 양극(+)을 연결한 것과 같다.
베이스에 음극(-)을 연결하였을 때 p형 반도체에 전자들이 흘러 들어와 p형 반도체의 정공을 채워버려 p형 반도체와 n형 반도체의 접합부위가 저항으로 작용하기 때문에 p형에서 n형 반도체인 콜렉터(C)로 전자(-)가 흘러가지 못하는 것이다.
즉 콜렉터(C)에 연결된 n형 반도체의 전자들은 양극(+)으로 몰리고 베이스(B)에 연결된 p형 반도체의 정공들은 음극(-)으로 몰려 트랜지스터 안에서는 전류가 흐르지 않는다.
이와 같이 역방향(p형인 베이스에 음극, n형인 콜렉터에는 양극 연결)으로 전극을 연결하면 결핍층은 더 넓어진다. 그래서 전위차와 더 넓어진 결핍층을 모두(-50V, 항복 전압) 극복해야 역방향(p형인 베이스에서 n형인 콜렉터로)으로 전류가 흐를 수 있다.
반대로 베이스(B)에는 양극(+)을 접속시키고 이미터(E)에는 음극(-)을 접속시킨다. 베이스-이미터(BE)를 하나의 다이오드로 생각하면 순방향으로 전압이 걸려 있기 때문에 베이스(B, p형)와 이미터(E, n형) 사이에는 전류가 흐른다.
베이스-이미터(BE)에 순전압이 걸리면 이미터가 연결된 n형 반도체의 전자는 p형 반도체와 연결된 베이스(B)인 양극(+)으로 움직이고, 양전하를 가진 p형 반도체의 정공은 음극(-)인 이미터가 연결된 n형 반도체로 움직인다.
이때 이미터(E)의 n형 반도체에서 베이스(B)의 p형 반도체로 이동하던 전자들은 p형 반도체가 얇게 만들어져 있어 저항이 작고 n형의 콜렉터에 걸린 역방향(+) 전류의 전위차에 의해 p형 반도체와 n형의 콜렉터 반도체 접합부위의 결핍층에 의한 저항을 극복하고 콜렉터(C) 쪽의 n형 반도체로 넘어갈 수 있게 된다. 전자가 n형 반도체인 콜렉터(C)로 건너오면 전압 차이 때문에 순식간에 콜렉터(C)에 접속된 양극(+)으로 이동하게 되는 것이다.
즉 베이스에 어느 정도 이상의 전류가 흐르면 콜렉터(C)에도 전류가 흐르기 시작하는 것이다. 더욱이 베이스(B)에서 이미터(E)로 적은 양의 전류가 흘러도 콜렉터(C)에서 이미터(E)로 많은 양의 전류가 흐르며 베이스(B)에서 이미터(E)로 흐르는 전류에 비례해 흐른다. 베이스-이미터(BE)에 조금만 전류가 흘러도 이들의 유인에 의해 이미터(E)의 많은 전자가 콜렉터(C)로 지나갈 수 있기 때문이다.
이렇게 증폭을 통해 베이스(B) 입력 전류의 100배 이상의 전류를 콜렉터(C)로 유도할 수 있는 것이다. 이것이 바로 트랜지스터의 증폭 작용이다.

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