쿠크다스 멜랑쥬

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 ..

5.2 | CARRIER DIFFUSION 캐리어 확산 이전 글에서는 외력에 의해 carrier가 이동하는 drift(표동)에 대해 배웠는데 이번에는 또다른 carrier 이동 메커니즘인 diffusion(확산)에 대해 배워 볼 것이다. 확산은 입자가 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 과정을 의미한다. 농도 기울기가 형성 되는 곳에는 모두 diffusion이 발생 할 수 있으며 carrier가 확산되어 흐르게 되는 전류를 diffusion current(확산전류) 라고 한다. 5.2.1 Diffusion Current Density 확산전류밀도 지난시간에 표동전류밀도(drift current density)를 구했듯이 이번에도 확산전류밀도(diffusion current density)를 구해볼 것..

이전 단원에서는 반도체가 평형상태에 있을때의 band에서의 전자와 정공의 농도를 알아보았다. 이들은 반도체의 전기적 특성을 결정하며 이를 알기 위해 이러한 전하를 가진 입자(Carrier)들의 이동(Transport)를 알아야 한다. 우리가 배울 이동에는 크게 두가지 종류가 있다 - 표동(Drift)와 확산(Diffusion). Drift는 전기장과 같은 외력에 의한 이동이고 Diffusion은 농도 기울기에 의한 이동이다. 이러한 carrier들의 이동은 반도체의 I-V특성을 결정짓기 때문에 매우 중요하다. 이 단원에서는 열적 평형상태에 대해서만 논의할 것이다. 비평형상태에서는 다음장에서 다뤄본다. 개인적으로는 표동이라는 단어가 익숙하지 않아 Drift와 Diff이 더 편하다. 5.0 | PREVIEW..

4.5 | CHARGE NEUTRALITY (전하 중립성) 평형상태에서는 중성인 원자만 주입했을 뿐, 우리가 추가적인 정공이나 전자를 넣어주지 않았기 때문에 전기적으로는 중성을 띈다. 물론 미시적으로 보자면 순간순간 에너지 상태에 따라 전자와 정공이 생성되지만 거시적으로 보았을 때는 중성을 말하는 것이다. 이러한 전하 중립조건은 열적 평형상태에서 전자와 정공의 농도를 도핑농도에 대한 함수로 표현(f(N))하는데 사용된다. 4.5.1 Compensated Semiconductors (보상 반도체) 보상 반도체는 같은 영역 내에 donor와 acceptor 원자가 동시에 존재하는 반도체이다(compenstated: 보상된, 보정한). n-type 반도체에 acceptor atom를 도핑하거나 반대로 p-ty..

4.3 | THE EXTRINSIC SEMICONDUCTOR (외인성 반도체) 우리가 외부 요소가 없는 반도체를 진성반도체(intrinsic semiconductor)라고 했고 평형상태에서 진성반도체를 살펴보았다. 실제 반도체는 impurity를 추가하여 전기적 성질을 적절히 조절한 반도체를 사용하는데 이를 외인성 반도체(extrinsic semiconductor)라고 한다. 외인성 반도체는 어떤 원소를 도핑하느냐에 따라 정공이 지배적일수도 있고 전자가 지배적일 수도 있다. 4.3.1 Equilibrium Distribution of Electrons and Holes (전자와 정공의 평형상태 분포) donor 또는 acceptor를 추가할 경우 전자와 정공의 분포가 달라지는 것은 명확하다. 더불어 페르..

4.0 | PREVIEW In this chapter, we will: ■ Derive the thermal-equilibrium concentrations of electrons and holes in a semiconductor as a function of the Fermi energy level. ■ Discuss the process by which the properties of a semiconductor material can be favorably altered by adding specific impurity atoms to the semiconductor. ■ Determine the thermal-equilibrium concentrations of electrons and hole..

3.4 | DENSITY OF STATES FUNCTION 우리는 전류 전압특성을 다루기 위해 우선 전하를 가지는 입자들의 분포(charge carrier distribution), 또는 전자와 정공의 분포를 알고 싶다. 이를 알기 위해서는 Density of State (상태밀도) 와 Fermi-Dirac function (페르미-디락 분포함수)를 알아야 한다. 상태밀도(DOS)는 에너지마다 파울리 배타원리에 의해 입자가 가질 수 있는 상태 수를 부피로 나눈 것(# of states per unit Energy per unit Volume)이고 페르미 디락함수는 전자가 존재할 확률에 대한 함수이다. 비유하자면 어느 아파트 단지에 거주민 수를 알고 싶은데, 상태밀도는 거주할 수 있는 집이고 페르미 디락함..

3.2 | ELECTRICAL CONDUCTION IN SOLIDS 우리는 기본적으로 반도체 물질에서의 전류-전압특성을 알아보는 것이 목표이다. 따라서 이전 강의에서 배웠던 Band theory를 사용하여 전자의 움직임 부터 알아볼 것이다. 3.2.1 The Energy Band and the Bond Model T=0K 인 상황에서는 모든 입자가 안정한 상태로 존재하지만 우리가 사는 세상은 그렇지 않다. 온도가 존재한다는 것은 그만큼의 에너지가 존재한다는 것이기 때문에 입자들은 다양한 에너지 상태를 가지고 있다. 비슷한 예시로 맥스웰-볼츠만 분포를 생각해보자. 일반적으로 특정 온도에서 입자들은 위와 같은 속도분포를 가진다. 입자의 속도는 곧 운동에너지이므로 X축을 에너지라 보아도 무방하다. 전자도 마찬..