읽고 기록하는 삶

CHAPTER 4 The Semiconductor in Equilibrium 들어가며 지난 시간에 평형 상태의 불순물 반도체(Extrinsic Semiconductor)에 대한 캐리어의 농도에 대해 알아보았습니다. 지금까지는 도펀트의 농도가 작은 경우에 대한 비축퇴(Nondegenerate) 반도체에 대해서 다뤘었는데요. 오늘은 도펀트의 농도가 매우 큰 경우에 대한 축퇴(Degenerate) 반도체에 대해서 알아보겠습니다. 먼저, 축퇴(Degenerate)의 정의에 대해 알아보고 관련 예시를 통해 알아보겠습니다. 축퇴(Degenerate)란? : 동일 에너지 준위(Energy Level)에 둘 이상의 양자 상태(states)를 가질 수 있는 것을 의미 4.3.4 Degenerate and Nondegen..

CHAPTER 4 The Semiconductor in Equilibrium 들어가며 우리는 Chapter 4.1.3에서 평형 상태의 진성 반도체(Intrinsic Semiconductor) 캐리어의 농도에 대해 알아본 적 있습니다. 오늘은 평형 상태의 불순물 반도체(Extrinsic Semiconductor) 캐리어의 농도에 대해 알아보겠습니다. 4.3.1 Equilibrium Distribution of Electrons and Holes 평형 상태의 불순물 반도체(Extrinsic Semiconductor) 캐리어의 농도를 구하기 위해 두 가지만 알면 됩니다. ① 도펀트(Dopant) 도핑시, Fermi Energy Level 의 변화 ② 평형 상태의 진성 반도체(Intrinsic Semicondu..

CHAPTER 4 The Semiconductor in Equilibrium 들어가며 오늘은 불순물 반도체(Extrinsic Semiconductor)의 캐리어 농도에 대해 알아보기 전, 이온화 에너지에 대해 알아보겠습니다. 이온화 에너지(Ionization Energy)란? : 어떤 기체 상태의 원자 1mol에서 전자 1mol을 떼어내는데 필요한 에너지. 즉, 도너(Donor)와 억셉터(Acceptor)를 도핑하였을 때, 얼마큼의 에너지가 있어야 전자 또는 정공을 만들어낼까요? 보어의 원자 모형(Bohr Model)이라고 가정하고, 원자의 이온화 에너지에 대해 수식으로 알아보겠습니다. 4.2.2 Ionization Energy 도펀트(Dopant) 원자의 이온화 에너지(Ionization)를 구하기 위..

CHAPTER 4 The Semiconductor in Equilibrium 들어가며 오늘은 불순물 반도체(Extrinsic Semiconductor)를 다루기 전, 도펀트 원자와 에너지 준위에 대해 정성적으로 알아보겠습니다. 도펀트 원자에 대해 학습하기 전에, 도핑이 무엇인지, 왜 하는지 알아보겠습니다. 도핑(Doping)이란? : 전기적, 광학적, 구조적 특성을 조절하기 위한 목적으로, 진성 반도체에 불순물을 주입하는 공정. 지금까지도 반도체의 원재료로 실리콘(Si)은 가장 많이 사용되고 있는데요. 순수한 실리콘(Si)은 전기가 통하지 않습니다. 이러한 실리콘(Si)의 전기 전도율을 높여주기 위해 '확산' 또는 '이온 주입' 방법을 통해 불순물을 도핑하는데요, 도핑 정도에 따라 전기 전도율을 조절할 ..

CHAPTER 4 The Semiconductor in Equilibrium 들어가며 오늘은 진성 페르미 준위의 위치에 대해 간단하게 알아보겠습니다. 지난 시간에도 말씀드렸듯이, 불순물 반도체(Extrinsic Semiconductor)를 다룰 때, EFi 를 기준으로 표현할 것입니다. 즉, 불순물 반도체의 농도를 구할 때 진성 반도체의 농도를 활용할 것이므로, EFi 의 값을 알아야 합니다. 4.1.4 The Intrinsic Fermi-Level Position 진성 페르미 준위의 위치(The Intrinsic Fermi-Level Position) 를 구하는 것은 간단합니다. 지난 글에서 다뤘던 식 (4.20)과 식 (4.21)에서 관계식을 풀면 됩니다. 즉, 진성 반도체에서는 n0 = p0 이므로..

CHAPTER 4 The Semiconductor in Equilibrium 들어가며 오늘은 지난 시간에 다룬 개념을 바탕으로 진성 캐리어 농도(The Intrinsic Carrirer Concetnration)에 대해서 알아보겠습니다. 진성 반도체(Intrinsic Semiconductor)란? : 불순물을 첨가하지 않은 순수한 반도체를 의미하며, An Undoped Semiconductor 와 동일한 의미. 4.1.3 The Intrinsic Carrirer Concetnration 진성 반도체의 경우, 전도대(Conduction Band)의 전자의 농도와 가전자대(Valence Band)의 정공의 농도가 동일합니다. 이 때, 전도대(Conduction Band)의 전자의 농도를 ni, 가전자대(Va..

CHAPTER 4 The Semiconductor in Equilibrium 들어가며 지난 시간에 이어서 평형 상태일 때 캐리어의 농도는 어떻게 구할 수 있는지 알아보겠습니다. 캐리어의 농도를 구할 때, 에너지 밴드갭 내에서의 EF의 위치가 중요합니다. 이전 글에서는 Ec, Ev의 중간에 있다고 가정했었죠. 이번 글에서도 동일하게 가정하고, 나중에 에너지 밴드 상에서 EF의 위치가 변하는 경우에 대해서도 알아보겠습니다. 4.1.2 The n0 and p0 Equations 1) 평형 상태일 때의 전자의 농도(Thermal-Equilibrium Electron Concentration) 평형 상태일 때의 전자의 농도는 전도대(Conduction Band)의 전체 에너지 구간에서 n(E)를 적분하면 됩니다...

CHAPTER 4 The Semiconductor in Equilibrium 들어가며 오늘부터 Chapter 4, The Semiconductor in Equilibrium에 대해서 알아보겠습니다. 이번 챕터에서는 Chapter 3에서 다뤘던 내용을 바탕으로, 평형 상태일 때의 반도체를 다룰 것입니다. 평형 상태(Equilibrium, or Thermal Equilibrium)란 ? : 전기장, 자기장, 온도 구배와 같은 외부의 힘(external force)이 없는 상태 4.1.1 Equilibrium Distribution of Electrons and Holes 반도체에는 두 종류의 전하 캐리어(Charge Carrier)가 있습니다. 바로 전자(electron)와 정공(hole)이죠. 반도체 내부..

CHAPTER 3 Introduction to The Quantum Theory of Solids 오늘은 지난 포스트에 이어서 Fermi Energy에 대해 알아보겠습니다. 3.5.3 The Distribution Function and the Fermi Energy 지난 글에서 다뤘던 내용을 다시 보겠습니다. No. 항(term) 의미(Meaning) 1 N(E) the number of particles per unit volume per unit energy. 2 g(E) the number of quantum states per unit volume per unit energy. 3 fF(E) the probability that a quantum state at the energy E will ..

CHAPTER 3 Introduction to The Quantum Theory of Solids 지금까지 상태 밀도 함수(Density Of states Functions)에 대해 알아보았습니다. 오늘은 특정 양자 상태(quantum state)에 전자가 존재할 확률에 대해 알아보겠습니다. 3.5 Statistical Mechanics 수많은 입자의 거동을 다룰 때, 각각의 입자에 대한 거동을 다루는 것보다 여러 입자를 그룹화하여 통계적으로 다룹니다. 가스통의 압력에 대해 예를 들어볼까요? 가스통 내부의 가스 분자들은 가스통 내부의 벽과 충돌하며 압력을 가합니다. 우리는 그러한 압력을 압력 게이지(Pressure Gauge)를 통해 측정합니다. 이렇게 측정된 압력은 가스통 내부의 가스 분자들에 의한 평..