읽고 기록하는 삶

CHAPTER 6 Nonequilibrium Excess Carriers in Semiconductors 들어가며 오늘은 간략하게 준 페르미 에너지 준위(Quasi-Fermi Energy Levels)에 대해 알아보겠습니다. 이미 지난 글(4.1.4 / 4.6)에서 평형 상태일 때의 페르미 준위에 대한 내용을 다룬 적 있습니다. 기억 나시나요? 오늘 내용은 반도체 내 과잉 캐리어(Excess carrier)가 생성되었을 때의 페르미 준위에 대한 내용입니다. 그럼, 페르미 에너지 준위(Fermi Energy Levels)에 대한 정의를 상기하며 시작하겠습니다. 페르미 에너지 준위(EF)란? : the energy below which all states are filled with electrons and..

CHAPTER 6 Nonequilibrium Excess Carriers in Semiconductors 들어가며 오늘은 Haynes-Shockley 실험을 다루기 전에, 유전 완화 시상수(Dielectric Relaxation Time Constant)를 알아보겠습니다. 우리는 앞서, 앰비폴러 전송 방정식(Ambipolar Transport Equation)을 다룰때, 다음과 같이 세 가지 가정을 했었죠. 위의 표에서 볼 수 있듯이, 앰비폴러 전송 방정식을 유도하기 위해서는 전하 중성 조건이 가장 중요합니다. 전하 중성 조건(Charge Neutrality)에 의해 균형을 이루는 반도체에, 외부 자극이 가해지면 평형이 깨질 수 있습니다. 그렇다면, 과잉 캐리어(Excess Carrier) 농도의 균형이..

CHAPTER 6 Nonequilibrium Excess Carriers in Semiconductors 들어가며 바로 이전 글에서, 우리는 앰비폴러 전송 방정식(Ambipolar Transport Equation)에 대해 아주 자세히 알아보았습니다. 오늘은 교재의 예제를 통해 앰비폴러 전송 방정식(Ambipolar Transport Equation)을 풀어보며 개념을 정리해보겠습니다. 예제를 학습한 이후에는 보다 확실하게 과잉 캐리어(Excess Carrier)의 거동에 대해 이해할 수 있을 것입니다. 관련 내용 한번 더 보고 가겠습니다. 6.3.3 Applications of the Ambipolar Transport Equations 위의 표에서도 볼 수 있듯이, 앰비폴러 전송 방정식(Ambipol..

CHAPTER 6 Nonequilibrium Excess Carriers in Semiconductors 들어가며 이전 글에서, 우리는 연속 방정식(Continuity Equation)에 대한 내용에 대해 알아보았습니다. 아래의 표와 같이 과잉 캐리어(Excess Carrier)가 시간에 따라 어떻게 변화하는지 알아보았는데요. 조금 복잡하죠? 오늘 내용은 이러한 복잡한 관계식을 조금 더 간단하게 표현할 수 있는 방법에 대한 내용입니다. 따라서, 오늘은 앰비폴러 전송 방정식(Ambipolar Transport Equation)에 대한 개념과 의미에 대해 알아보겠습니다. 앰비폴러 전송(Ambipolar Transport)이란? : 과잉 전자(Excess Electron)와 과잉 정공(Excess Hole)이..

CHAPTER 6 Nonequilibrium Excess Carriers in Semiconductors 들어가며 이전 글에서, 우리는 외부 자극에 의해 발생한 과잉 캐리어(Excess Carrier)가 시간에 따라 어떻게 변화하는지 학습하였습니다. 오늘은 생성과 재결합에 이어, 연속 방정식(Continuity Equations or Transport Equations)에 대해 알아보겠습니다. 먼저, 연속 방정식(Continuity Equation)의 정의에 대해 간단하게 알아보겠습니다. (자세한 내용은 링크를 참조바랍니다. https://byjus.com/physics/continuity-equation/) 연속 방정식(Continuity Equation)이란? : 물리학에서 질량, 운동량, 에너지와 ..

CHAPTER 6 Nonequilibrium Excess Carriers in Semiconductors 들어가며 오늘은 외부 자극에 의해 발생한 과잉 캐리어(Excess Carrier)가 시간에 따라 어떻게 변화하는지 알아보겠습니다. 바로 이전 글의 내용을 요약하면 다음과 같습니다. 6.1.2 Excess Carrier Generation and Recombination 시간 변화에 따른 전자의 농도(Electron Concentration)에 대해 알아보겠습니다. 아래의 그림을 보겠습니다. 반도체에 외부 자극 인가 후, 다시 평형 상태가 될 때까지 전자의 농도가 어떻게 변화하는지에 대한 그래프입니다. 크게 5단계로 나누어 생각해 볼 수 있는데요. 구간별로 차례대로 알아보겠습니다. 구간 ① 외부 자극을..

CHAPTER 6 Nonequilibrium Excess Carriers in Semiconductors 들어가며 지금까지 우리는 평형 상태일 때의 반도체 특성을 알아보았습니다. 외부 자극에 의한 캐리어의 생성은 고려하지 않았죠. 오늘부터 다루게 될 내용은 외부 자극에 의해 발생하는 반도체 특성 변화에 대한 내용입니다. 즉, Chapter 5까지는 전자의 농도(n0)와 정공의 농도(p0)를 다룰 때, 공간과 시간에 대해 고려하지 않았는데요. Chapter 6에서부터는 외부 자극에 의해 공간과 시간의 함수로 표현되며 이로 인해 파생되는 여러 관계식에 대해 다룰 것입니다. 새로운 주제인 만큼, 새로운 개념과 용어가 많이 등장하여 이해가 어려울 수 있습니다. 틀린 부분은 언제든지 피드백 부탁드립니다. 들어가기..

CHAPTER 5 Carrier Transport Phenomena 들어가며 지금까지 대부분의 경우 캐리어의 농도와 이동도는 값이 주어졌지만, 실제 상황에서는 조건에 따라 값을 구해야하는데요. 오늘은 반도체 캐리어의 농도(Concentration)와 이동도(Mobility)를 실험적으로 측정하는 방법에 대해 알아보겠습니다. 오늘의 주제는 '홀 효과(The Hall Effect)' 입니다. 5.4 The Hall Effect 홀 효과(The Hall Effect)는 1879년 Edwin Hall이 대학원 박사 학위 기간 중에 발견했다고 합니다. 홀 효과(The Hall Efeect)를 이해하려면, 먼저 자기장(Magnetic Field) 속에서 움직이는 전하가 받는 힘에 대해 알아야 됩니다. 즉, 자기장이..

CHAPTER 5 Carrier Transport Phenomena 들어가며 우리는 이미 표류 전류(Drift Current)와 확산 전류(Diffusion Current)에 대해 모두 알아보았습니다. 관련 파라미터인 이동도(Mobility)와 확산 계수(Diffusion Coefficient)는 독립적이지 않고, 어떤 관계를 갖는데요. 오늘은 아인슈타인 관계식(The Einstein Relation)에 대해 알아보겠습니다. 5.3.2 The Einstein Relation 우리는 바로 이전 글에서, 경사 불순물 분포(Graded Impurity Distribution)에 대해 알아보았습니다. 즉, 캐리어의 농도차로 인해 확산되고, 확산으로 인해 형성되는 전기장(E)은 확산을 방해하는 방향으로 생성되는데..

CHAPTER 5 Carrier Transport Phenomena 들어가며 지금까지 우리는 도핑 농도가 균일(Uniform)하다고 가정하여 문제를 다뤘었는데요. 오늘은 경사 불순물 분포(Graded Impurity Distribution)일 때, 에너지 밴드 다이어그램이 어떻게 형성되는지 알아보겠습니다. 5.3.1 Induced Electric Field 경사 불순물 분포(Graded Impurity Distribution)는 도핑 농도가 균일하지 않은 경우일 때의 캐리어 분포를 의미합니다. 도핑 농도가 균일하지 않은 경우, 확산(Diffusion)에 의해 캐리어가 이동하게 되고, 그에 따라 전기장(E)이 만들어집니다. 즉, 캐리어의 농도차로 인해 확산되고, 확산으로 인해 생성되는 전기장(E)은 확산을..