사이리스터란? (래치업 latch-up preview)

 사이리스터는 꺼진 상태에서는 수천 볼트를 차단 할 수 있고, 켜짐 상태에서는 수천 암페어를 흐르게 할 수 있는 4개의 층으로 구성된 PNPN소자 입니다. 소자 내부에는 래치업(latch-up) 효과를 이끌어내는 내부의 재생 기구 원리를 적용합니다.

 이러한 원리로 PNPN을 내포하는 다른 소자들도 래치업 효과를 겪게돼 예기치 못한 오류를 만들어내기도 합니다.

우선, 래치업에 대해 알기 전에 사이리스터에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 가장 일반적인 사이리스터는 SCR(실리콘 제어 정류기)가 있습니다.
사이리스터는 양극, 음극, 게이트로 3단자로 구성되어 있습니다.
일반적인 상태에서 전류가 흐르지 않지만 게이트에 신호가 인가되면 전류가 양극에서 음극으로 흐르게 됩니다.

그리고 일단 전류가 인가되면 차단될때 까지 중단되지 않는 특징을 가지고 있습니다.

 

SCR 실리콘 제어 정류기

위와 같이 캐소드에 +, 애노드에 -를 인가하는 것을 역방향으로 전압을 걸었다라고 표현합니다.
제일 위쪽에 있는 N형 반도체의 전자는 캐소들 쪽으로 이동하고 제일 아래쪽에 있는 P형 반도체의 홀은 애노드 쪽으로 이동하게 됩니다. 따라서, 첫번째와 두번째 NP는 공핍층을 형성하고, 세번째와 네번째 NP도 공핍층을 형성해 전류를 흐르지 못하게 됩니다.

사이리스터

 위와 같이 캐소드에 -, 애노드에 +를 인가하게 되면 순방향이라고 합니다. 첫번째 n형 반도체는 p형 쪽으로 전자가 이동하고, 세번째 n형 반도체도 네번째 p형 반도체 쪽으로 전자가 이동합니다. 하지만 두번째 세번째 p형과 n형 반도체는 공핍층을 형성하여 전류가 흐르지 못하게 됩니다.

 

 따라서 여기에 Ub라는 게이트 전압을 걸어주어야 합니다. P쪽에 +전압이 인가하게 되면 세번째에 있는 n형 반도체의 전자가 2번째 p형반도체로 끌려오게되면서 공핍층을 무너트리게됩니다. 따라서 전류가 흐르게 됩니다. 이러한 작업이 계속 진행되다 보면 캐소드 쪽에 있는 N형 반도체는 P형 반도체처럼 행동하게 되고 애노드 쪽에 있는 P형 반도체는 N형 반도체처럼 행동하게 됩니다.

따라서, 추후로 게이트 전압이 0V가 되어도 계속 전류를 흘리게 되어 게이트의 제어 능력이 사라지게 됩니다.

 

이렇게 Ub라는 전압을 우리가 의도적으로 준다면 문제가 없지만

우리가 의도하지 않는 노이즈나 외부 전압 인가로 발생한다면

소자에 큰 악영향을 주기도 합니다.

그 대표적인 예로 CMOS가 있습니다.

 

이에 대해서는 다음 포스팅에서 알아보도록 하겠습니다.

 

사진 출처 : 네이버 백과사전