반도체(9) Thermionic Emission, Tunneling, Space-Charge

 

드리프트, 확산 말고도 다른 전류가 흐르기도 한다. 

주가 되는 것은 아니지만 알아야 한다.

 

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먼저 Thermionic Emission(열전자 방출)에 대해 알아보자

 

Thermionic emission(열전자 방출) : 이종의 반도체 사이에 에너지 장벽(energy barrier)이 있는 경우에

이를 넘어가는 전류성분.

 

**열에 의해서 barrier보다 높은 에너지를 가지는 캐리어는 장벽을 통과할 수 있다.

 

++높은 에너지를 가지는 전자는 존재 확률은 낮지만 존재함

즉 T(온도)가 높을 수록 전자의 에너지가 많아지고, 그래서 barrier를 넘어갈 수 있다.

 

 

 

 

 

식은 외울 필요는 없지만 알고 넘어가자

 

T 가 중요 변수가 된다.

 

 

 

 

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Tunneling이 있다. 말 그대로 터널처럼 산을 넘어가는 것이 아니라 뚫고 가는것이다.

 

Tunneling (터널링) : 이종의 반도체 사이에 에너지 장벽(energy barrier)이 있는 경우에 이를 투과하는 전류성분. 

barrier보다 낮은 에너지를 가지더라도 양자역학적으로 (파동처럼) 캐리어가 투과 될 수 있다. 

 

++현재 우리가 사용하는 Flash memory는 Tunneling 원리 이용

 

**Wave function은 실제로 전자의 움직임을 표현하는 함수가 아님

 

절댓값의 제곱이 확률이라는 것은 꼭 알고 넘어가자

 

 

 

 

이 식 또한 외울 필요는 없지만 주요 변수는 알고 넘어가자

W, U-E, m이 있다. W는 barrier 넓이, U는 barrier 높이, E는 전자의 에너지, m은 질량

 

 

 

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다른 요인으로는 Space-Charge Current가 있다.

 

공간전하(Space-charge) : 반도체 내부의 공간에 존재하는 전하. 전자, 정공, 도핑된 이온원자들로 구성된다. 

 

Net Charge Density

일반적인 반도체는 중성화를 띠므로, space-charge density는 zero이다.

하지만,  특수한 상황(예를 들어 공핍층)에서 0이 아닌 공간전하를 가질 수 있다.(PN 다이오드에서 배움)

 

Space-charge Effect : 공간전하는 스스로가 내부에 전기장을 형성해서 외부에서 유입되는 전하에 영향을 미치게 된다.

 

** 전기장 형성 >> 전류 영향 + Drift에 영향

 

 

++ 외울 필요는 없는 식을 하나 알려줄건데 알고는 넘어가자 ㅎ

 

SCLC current(Space-Charge-Limited-Current) : 공간 전하 제한효과가 있는 상황에서, 

주입된 캐리어의 드리프트 성분이 우세한 경우의 전류. 전압의 제곱에 비례하는 성질을 가짐.

 

 

 

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마지막으로 온도에 의한 전류. 정확히 말하면 온도기울기.

 

Current due to Temperature Difference in Semiconductor

 

 

반도체 내의 전기장 외에 추가로 온도 기울기도 존재할 경우에 (온도차에 의한 캐리어 이동도 포함시켜야 함.)

전류식

 

저기에 있는 S는 Thermoelectric power (=thermos power = Seebeck coefficient) 라고 부른다.

(온도차에 의한 열기전력을 나타낸다. 단위는 V/K.)

 

 

반도체의 온도 차이 >>> 전자의 속도 차이 >>> 전압이 발생 가능

 

Seebeck effect : 반도체(또는 금속)에 온도차이가 존재할 때, 캐리어는 전체적으로 보면

 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. Open-circuit인 경우에는 캐리어가 온도가 낮은 곳에 쌓이게 되면서

 전압을 형성하게 된다.

 

+전하가 축적되면 V가 +++로커지고

- 전하가 축적되면 V 가 ---로 커진다

당연한 말 했다. ㅎ