노는 게 제일 좋아

바이어스는 외부에서 전압을 인가했다고 보면 된다. 먼저 역 바이어스(Reverse bias)부터 알아보자 역방향 바이어스 : P영역과 비교하여 N 영역에 양의 전압이 가해진 경우. 이 때의 에너지 밴드 다이어그램을 살펴보자. 옴의 법칙에 의해서, 인가된 역 바이어스 전압은 모두 공핍층에 걸리게 된다. 따라서, 전위 장벽(potential barrier)는 qϕbi 에서 qϕbi + qVr 으로 증가함. ** 모든 전압이 공핍층에 걸리는 이유는 공핍층에는 캐리어가 거의 없음 -> 전압은 저항이 가장 큰 곳에 걸림 -> 그래서 공핍층에 다 걸림 그림을 보고 생각해보면 전자는 P에서 N으로의 drift current, 정공은 N에서 P로의 drift current가 흐를 환경이 만들어짐. 하지만, 소수 캐리어..

이번엔 공핍층에 대해서 더 알아볼 건데 공핍층이란 개념을 제대로 알고가야 나중에 더 공부할 때 고생 안한다 그러는데 그럼 공부 해야지 ㅎㅎ 해보자 공핍층에서의 전계와 전위를 알아보자 그러려면 우선 전하 밀도 분포를 보자 공핍층에서의 전하 밀도는 도펀트 이온의 전하 밀도 값을 가지며, 공핍층을 제외한 모든 곳의 전하밀도는 0이다. 그것을 표현한 그림이다. 또한 ** 그림을 보면 항상 공핍층이 P타입으로 길거나 N타입으로 긴데 이는 뒤에서 설명하겠다. (의문을 가져야 한다.. 우선 학생은 그래야 한다... 나도 그래야지) 이제 전계 분포를 알아보면? 전계 분포는 포아송 방정식을 적용하여 전기장 형태를 알아낼 수 있다. // 그래서 외우라 했다 ㅎㅎ ?? 전계를 알 수 있으면 포아송 방정식으로 전위도 알 수 ..

반도체에 관한 정말 기본적인 지식은 알았으니까.. 이제 정말 응용으로 가보자 PN juntion이다. PN 접합이라고도 부른다 PN 접합 ?? 뭔지부터 알아보자 구조적으로 P-type 과 N-type 반도체를 붙혀놓은 건데 특징으로는 정류성(rectifying)의 전류-전압 특성을 갖는다. // 정류성이란 한쪽으로만 흐른다. 방향이 정해져있다라는 뜻 PN 접합 소자를 정류기(rectifier) 혹은 다이오드(diode)라고 부르기도한다. **저기 diode symbol은 고등학교 때 물리보면 많이 나오지? 꼭 알아두자 ㅎ ** bias에 따라 I의 식이 있는데 꼭 알아두고 원래 Reverse 그림 더 그려야하는데.. 나중 글에서 알아보자 PN 접합은 태양전지, 발광 다이오드(LED), 다이오드 레이저의 ..

앞에서 열적 평형에서 배웠지만 우리가 쓰는 반도체는 외부에서 전기장을 가해주기 때문에 외부에서 전기장을 가했을 때를 배워야한다. 짧고 빠르게 배우자 Quasi-Equilibrium and Quasi-Fermi Level 과잉 캐리어가 존재할 경우에는, 평형상태가 깨져 있음을 의미한다. (np > ni^2) 이 경우에는 재결합과정을 통해서 다시 평형상태로 돌아가기는 한다 그렇지만 오랜 시간이 걸린다. (~1 us) **?? 저 시간이 오래걸리는거냐고? 우리가 쓰는 반도체는 logic, memory에 쓰이는 반도체가 있는데 얘네들은 동작 속도가 1ns~1ms이다. 그니까 상대적으로 오래걸리는 거지. **다행히도 전자와 정공 사이의 평형은 깨져 있더라도, 그들 자신끼리 빠르게 평형상태로 돌아갈 수 있다. 고속..

전자 정공 쌍으로 생성되면서 항상 궁금했을 것 같은데 정공과 전자가 다시 재결합하는 것을 알아보자 먼저 용어설명부터 하자면 재결합(recombination) : 전자와 정공이 서로 만나서 사라지는 과정. Electron-Hole Recombination 평형상태 캐리어 농도 : 전자와 정공의 농도는 thermal equilibrium 상태에서의 즉 n0, p0 으로 평형 상태의 농도라는 것을 알려준다 빛을 비추거나 외부에서의 캐리어 유입이 있는 경우에는 평형상태에서 벗어나게 된다. 평형상태에서 벗어난 캐리어 농도를 과잉 캐리어 농도(excess carrier concentration)이라 한다. n ’와 p ’로 표시한다. 둘이 합치면 이런 식으로 표현된다. 평형상태에서 벗어나게되더라도 전하 중성에 의해..

드리프트, 확산 말고도 다른 전류가 흐르기도 한다. 주가 되는 것은 아니지만 알아야 한다. 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. Tunneling이 있다. 말 그대로 터널처럼 산을 넘어가는 것이 아니라 뚫고 가는것..

이제는 정말로 반도체와 직결되는 전류에 대해서 알아볼건데 드리프트와 확산에 의한 전류가 있따. 한 번 알아보자 우선 전류를 알아보기에 앞서서 참고해야할 사항이 있으니 가장 중요한 에너지 밴드 다이어그램과 전압, 전기장의 관계를 알아야한다. 관계를 알려면 전압과 전기장부터 알아야한다. 전압 : 단위 양전하당 전기적 위치 에너지의 차이. 양의 전압은 양 전하의 위치 에 너지를 증가시키고, 음 전하의 위치 에너지를 감소시킨다. **에너지 밴드는 전자를 기준으로 그린 것이기 때문에 양의 전압은 에너지 밴드를 아래쪽으로 낮춘다. 전기장(electric field) 은 이렇게 구한다. ** 전압의 정의를 알아야 구할 수 있다는 말이다. ㅎㅎ 저 식을 해석하자면 Ec의 기울기, Ev의 기울기 Ei의 기울기, 에너지 ..

이제 정말 반도체에 대해 복잡해지는 단계에 왔다. 천천히 가보자 Thermal Motion 열운동 : 전계를 가하지 않았을 때에도 캐리어는 멈추어 있지 않고, 열에너지에 의하여 유한한 운동 에너지를 가지고 있다. 평균 운동 에너지(Average electron or hole kinetic energy) 는 당연하게 이렇게 구한다. 그렇게 구하고 속력은 이렇게 구한다 ** Vth 는 Thermal velocity라고 하는데 반도체 내에서 가장 빠른 속력이라고 할 수 있다. ++ 고체 속에서는 충돌이 일어나기 때문이란 것만 알아두고 넘어가자. ++ 위의 식에서 T(온도)와 Vth(속력)의 관계 알고가자 ㅎㅎ 그러면 어떻게 움직일까?? 전자와 정공은 열 속도로 움직이기는 하지만 단순히 직선 형태로 운동하지 않..

이제 전자가 존재할 확률이 50%인 페르미 레벨도 배웠으니까 캐리어에 대해 공부해보자 전하 캐리어 분포 다이어그램이다. **4번째 그림에서 왜 전자가 가장 밑에 쏠려서 안정된 위치에 있는 것보다 조금 위에 전자가 더 많냐면 state가 Ec 조금 위에 몰려있어서 그렇다. 페르미 레벨을 다시 해석해보면 f(E) : 전자가 있을 확률 , 1-f(E) 전자가 없을 확률 = 정공이 있을 확률 이렇게 볼 수도 있다. 이제 가장 중요한 캐리어 농도에 대해서 알아볼 것이다. 우선 들어가기 전 알아놓고 가자 Dc(E) dE : (단위부피당) E and E + dE 사이에 존재하는 energy state의 개수 f(E) Dc(E) dE : (단위부피당) E and E + dE 사이에 존재하는 전자의 개수 단위 부피당 c..

Fermi-Dirac Statistics : 각 에너지 state에 전자가 존재할 확률을 의미 Ef : Fermi Level or Fermi Energy (전자 존재 확률 = 1/2) 통상적으로 fermi level을 기준으로 그 이하에는 전자가 차있고 fermi level이상에는 전자가 거의 없다고 생각할 수 있다. 그림을 보면서 이해하자 * 열적 평형상태(Thermal equilibrium)에서의 페르미 준위 : 열적 평형상태에 있는 시스템에 대하여 단 하나의 페르미 준위만 존재한다. (페르미 준위가 기울어지거나 불연속적이지 않다.) 다시 말해서 모든 지점에 대해서 같다는 것이다. ** 볼츠만 근사한 페르미 레벨 구하는 공식은 꼭 알아야 한다. 증명하는 것은 어렵지 않다. 2가지 물질이 있고 서로 전..