금속 정류기(metal rectifier)는 산화 구리(I), 저마늄 또는 셀레늄을 반도체 물질로 사용하는 초기 형태의 정류기 유형이다. 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 전력 응용 분야에 사용되었으며, 수신기, 충전기 등 다양한 전자 장치에 적용되었다.
역사 웨스팅하우스 일렉트릭(Westinghouse Electric)은 1920년대 후반부터 웨스텍터(Westector)라는 상표명으로 금속 정류기의 주요 제조사였다. 실리콘 반도체 정류기가 개발되기 이전에는 진공관 열전자 다이오드와 함께 산화 구리 또는 셀레늄 기반의 금속 정류기 스택이 널리 사용되었다. 현재는 웨스팅하우스 뉴클리어(Westinghouse Nuclear)에서 과전류 트립 장치의 상표명으로 이 명칭을 사용하고 있다.
구조와 원리 금속 정류기는 서로 다른 금속으로 만들어진 와셔(washer) 모양의 디스크로 구성된다. 디스크는 구리(정류를 제공하는 산화물층 포함) 또는 강철이나 알루미늄에 도금된 셀레늄으로 제작되었다. 디스크 사이에는 냉각을 위한 스페이서 슬리브가 삽입되었다.
작동 원리는 최신 반도체 정류기(쇼트키 다이오드 및 PN 다이오드)와 관련이 있으나 더 복잡하다. 셀레늄과 산화 구리는 모두 반도체이며, 제조 과정에서 불순물에 의해 도핑된다. 이들이 금속에 증착될 때 금속-반도체 접합이 형성되며, 정류는 쇼트키 접합의 결과로 발생한다. 1940년대 지그프리트 포간스키(Siegfried Poganski)는 최고의 셀레늄 정류기가 셀레늄과 카드뮴-주석 금속 코팅 사이에 생성된 얇은 셀렌화 카드뮴(CdSe) 층에 의한 반도체-반도체 접합임을 발견했다.
성능 후기 실리콘 또는 저마늄 장치와 비교할 때, 산화 구리 정류기는 효율이 낮았고 역전압 정격이 수 볼트에 불과했다. 적절한 역항복 전압을 얻기 위해 여러 개의 정류기 디스크를 직렬로 연결해야 했다. 예를 들어 12V 충전기용 브리지 정류기는 종종 12개의 금속 정류기를 사용했다. 셀레늄 정류기는 일반적으로 산화 구리 유형보다 효율적이었고 더 높은 전압을 처리할 수 있었으나, 제작에 더 많은 기술이 필요했다.
응용 분야
- 수신기: 금속 정류기는 AM 복조기(포락선 검출기) 다이오드로 사용되었다. WX6 웨스텍터가 대표적인 예로, AAA 전지 크기와 모양이었으며 각 끝에 연결용 나사산 기둥이 있었다.
- TV 및 복사기: 고전압 셀레늄 정류기는 TV 세트와 복사기의 초고압(EHT) 정류기로 널리 사용되었다. 철박 시트에 셀레늄 층을 도포한 후 직경 약 2mm의 작은 디스크를 펀칭하여 세라믹 튜브 내부에 스택으로 조립하는 방식으로 수만 볼트를 공급할 수 있었다.
- 전기분해: 전기도금, 알루미늄 제련 등 고전류·저전압 산업 응용 분야에서는 금속 정류기의 낮은 순방향 전압 강하가 역항복 전압보다 더 중요하여 일부에서 계속 사용되었다.
쇠퇴 저렴한 고전압 실리콘 정류기가 개발되면서 대부분의 응용 분야에서 금속 정류기는 실리콘 다이오드로 대체되었다. 셀레늄 정류기는 노화됨에 따라 내부 저항이 증가하고 셀레늄이 증발하면서 불쾌한 냄새를 유발하는 단점이 있었다. 현재는 역사적인 전자 부품으로서의 의미를 가지며, 일부 산업용 고전류 응용에서만 제한적으로 사용된다.
