쿠크다스 멜랑쥬

Chapter 8. PN Junction Diode 이전 단원에서는 '열평형'과 '역전압'상태에서의 PN접합 - 에너지밴드, Built-in potential barrier, 공핍영역과 전기장에 대해 알아보았다. 이번 단원에서는 역전압이 아닌, '순전압'에서 PN접합과 'I-V 특성'에 대해 알아볼 것이다. [8.0 Preview] ■ PN 다이오드에 순접압이 걸리는 상황에 대해 알아볼 것이다 - 전기장, 전위, carrier움직임 등 ■ 순전압이 걸리는 상황에서 excess minority carrier의 거동에 대해 알아 볼 것이다 ■ I-V 특성 그래프를 그려볼 것이다 ■ 지금까지의 가정 - Low level injection이 아닌 비이상적인 상황(non-ideal effect)에 대해 다루어 볼..

[7.4 Junction Breakdown] 요 내용은 8장 PN 접합에서의 전류를 배우고 나서 다시 할 예정이다. 간단하게 말하면 PN 접합에서 역전압을 걸어주었을때 전류가 통하는 상황을 의미하며 1.(Zener)고농도 도핑으로 인해 터널링효과를 유도하거나 2.(Avalanche)과도한 전압을 걸어주었을때 공핍영역을 건너 전류가 흐르게 된다. 농도가 높을때는 Zener dominant, 그 이하 농도에서는 Avalanche dominant하다. [*7.5 Non-uniformly Doped Junction] 이전까지는 PN 접합의 가정으로 1.uniformly doped 2.step junction 을 적용하였다. 하지만 현실에서 반도체를 가정한것 처럼 만들기는 쉽지 않다. 이번 단원에서는 기존 가정이..

[7.3 역전압이 걸린 경우 Reverse Applied Bias] 이 때까진 PN 접합에 아무런 외력을 가하지 않은 상태만 살펴보았다.이제 양단에 전압을 걸어주는 상황에서 어떤 특징을 갖는지 알아보자. 그전에, 전압의 순방향과 역방향에 대해 정의하고 가자. 순방향: (+) P | N (-) 역방향: (-) P | N (+) 순방향의 경우 p영역에 (+) 전압이 걸리면 p영역의 에너지밴드는 더 낮아지고 n영역의 에너지밴드는 높아져서 결국 \(V_{bi}\)는 감소함을 유추할 수 있다. 반대로 역방향은 같은 원리로 \(V_{bi}\)가 높아짐을 유추 할 수 있다. (**에너지밴드는 전자의 에너지를 나타내는 척도라고 생각할 수 있다. 따라서 전자의 에너지를 공급해주는 음의 전압이 걸리는 쪽은 에너지밴드가 높..

Chapter 7. PN Junction 이때까지 물리전자를 공부하면서 우리는 반도체를 구성하는 물질의 기초적인 특성에 대해 공부하였다. 전자와 정공, 평형상태, 페르미 에너지 레벨, 준 평형상태, 비평형상태, 외인성 반도체, p-type, n-type, 등등 이번 단원에서는 현대 반도체의 기본이 되는 구조인 PN접합에 대해 알아볼 것이다. [7.0 Preview] ■ [가정] P,N 지역이 균일하게(uniformly) 도핑되어 있고 경계는 1차원 Step Junction을 이루고 있다. Majority carrier 농도는 doping 농도와 동일하다. ■ 평형상태에서의 PN접합 에너지 밴드를 알아 볼 것이다. ■ PN접합의 공핍층(Depletion region, Spcae Charge region)에..

6.3.4 유전체 이완시간상수(Dielectric Relaxation Time Constant) 위 그림처럼 접지되어 있는 n-type 반도체에 균일한 농도의 홀들이 한쪽에서 주입되는 경우를 생각해보자. 이 경우에 반도체는 어떻게 전기적 중성에 도다를 것이며 도달하기까지의 속도는 어떻게 될까? 이를 위해 아래 3개의 식을 보기로 하자. 1.푸아송 방정식으로 전기장과 전하밀도에 대한 식이다 2.옴의 법칙이다. V=IR을 다른 형태로 표현한 식이다. 3.앞서 배웠던 연속방정식이다. 생성과 재결합에 대한 식은 제외하였다. 3개의 식이 J와 E를 공유하므로 다음과 같이 연결할 수 있을 것이다. $$ \bigtriangledown \cdot J=\sigma \bigtriangledown \cdot E=\frac{..

6.3 | 켤례전하 전송(AMBIPOLAR TRANSPORT) 균일하게 도핑된 반도체의 중성영역에서 과잉 캐리어 농도의 공간적 분포와 시간에 따른 변화는 켤례전하 전송방정식에 의해 지배된다 : 과잉 캐리어의 공간적,시간적 변화는 캐리어의 유입-유출과 생성-재결합에 의해 결정된다. 이제 이상적인 반도체에서 실제 반도체 모델로 넘어가면서 요소들을 하나씩 바꾸고 있다. 아까는 외부 요인에 의한 과잉캐리어 (excess carrier)에 대해 다뤘는데, 이번에는 전기장을 실제 상황에서의 전기장으로 바꿀 것이다. 이때까지는 외부에서 걸어준 전기장(E-field)만 고려했다. 하지만 외부 전기장\(E_{app}\)이 가해지면 내부에서는 과잉 캐리어가 생성될 것이고 이렇게 특정 공간에 생긴 과잉 캐리어들은 전하의 불..

6.2 과잉 캐리어들의 특성 (CHARACTERISTICS OF EXCESS CARRIERS) 과잉캐리어들로 캐리어 농도의 변화가 이뤄지는 것도 알았고, 이들의 생성과 재결합에 대해서도 알아보았다. 무엇보다 과잉캐리어들은 서로 독립적이지 않고, 항상 전자와 홀이 쌍으로 이루어져 생성 또는 재결합이 되기 때문에 같은 유효 확산계수와 유효 이동도를 가지게 된다. 그렇다면 이들 과잉캐리어의 확산계수와 이동도는 어떤 특성을 가지는지 알아보고 싶다. 이를 알기 위해서는 우선 연속방정식(continuity equations)과 켤레전하 전송방정식(Ambipolar transport equation)을 알아야 한다. (우리가 다룰 반도체들은 모두 low-injection을 가정한다) 6.2.1 연속방정식 (Conti..

Chapter 6. Nonequilibrium Excess Carriers in Semiconductors [6.0 preview] 이때까지 우리는 '평형(Thermal equilibrium)'상태에서의 반도체만 알아보았다. 하지만 대부분의 반도체는 전압이 가해져서 구동중인, '비평형 상태(non-equilibrium)'에 존재하기에 시간에 따른 캐리어 농도의 변화를 아는 것은 매우 중요하다. 이 상태에서는 추가적인 에너지로 인해 전도대나 가전자대에서 추가적인 홀과 전자들이 발생할 것이며 이를 '과잉 캐리어(excess carriers)' 라고 한다. 이전 단원에서 배웠듯이, 열평형 상태에서의 캐리어 농도는 오직 구성원소와 온도 및 제조공정에만 의존하기에 인가된 바이어스에 의한 시간에 따른 변화는 없고 ..