쿠크다스 멜랑쥬

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 ..

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..