읽고 기록하는 삶

CHAPTER 5 Carrier Transport Phenomena 들어가며 오늘은 표류 전류 밀도(Drift Current Density)에 이어서, 확산 전류 밀도(Diffusion Current Density)에 대해 알아보겠습니다. 반도체에서 다루는 두 번째 전류 메커니즘으로, 이후에 등장할 여러 소자의 동작을 해석하는데 반드시 필요한 개념입니다. 확산(Diffusion)의 정의부터 알아보겠습니다. 확산(Diffusion)이란 ? : the process whereby particles flow from a region of high concentration toward a region of low concentration. 즉, 확산(Diffusion)이란, 아래의 그림과 같이 고농도에서 저농도..

CHAPTER 5 Carrier Transport Phenomena 들어가며 오늘은 전기전도도(Conductivity)에 대해 알아보겠습니다. 이전 글에서 이미 표류 전류 밀도(Drift Current Density)에 대해 자세히 다뤘기 때문에, 오늘 내용은 간단합니다. 전기전도도(Conductivity)란 ? : 어떤 물체에 전기장(Electric Field)을 가했을 때, 전류가 얼마나 잘 흐를 수 있는지 나타내는 척도. 5.1.3 Conductivity Chapter 5.1.1 에서 공부했던 표류 전류 밀도(Drift Current Density)를 다시 한번 보겠습니다. 앞서, 표류 전류 밀도(Drift Current Density)는 캐리어의 농도(Concentration)와 이동도(Mobil..

CHAPTER 5 Carrier Transport Phenomena 들어가며 우리는 지난 시간에 표류 전류 밀도를 다루면서 캐리어 이동도(Carrier Mobility)에 대해 간단하게 알아봤는데요. 오늘은 캐리어 이동도(Carrier Mobility)에 대해 더 자세하게 다뤄보겠습니다. 5.1.2 Mobility Effects 지난 글에서 말씀드렸던 것처럼, 스캐터링(Scattering)으로 인한 전하의 운동 특성 변화에 대해 알아보겠습니다. 대표적인 스캐터링(Scattering) 매커니즘에 대해 다시 한번 보고 넘어가겠습니다. No. 대표적인 스캐터링(Scattering) 메커니즘 1 Charged particles ↔ ionized impurity atoms 2 Charged particles ↔ ..

CHAPTER 5 Carrier Transport Phenomena 들어가며 우리는 이전 Chapter 4에서, 여러 상황에서의 캐리어(Carrier) 농도에 대해 공부했었습니다. 이러한 캐리어(Carrier) 들은 전류를 발생시키는 데 기여하게 됩니다. 관련하여, 오늘부터는 Chapter 5. Carrier Transport Phenomena 에 대해 알아보도록 하겠습니다. (조금씩, 반도체 소자의 전류-전압 특성(C-V Characteristic)을 알기 위한 기초가 쌓이고 있습니다.) 먼저, 전송(Transport)이 무엇인지 알아보겠습니다. 전송(Transport)이란? : The process by which these charged particles move is called transport..

CHAPTER 4 The Semiconductor in Equilibrium 들어가며 우리는 Chapter 4.1.4에서 진성 반도체(Intrinsic Semiconductor)의 진성 페르미 에너지 준위(EFi)에 대해 학습했었습니다. 오늘은 관련 내용과 함께, 불순물 반도체(Extrinsic Semiconductor)의 페르미 에너지 준위(EF)에 대해 알아보겠습니다. 4.6 Posotion of Fermi Energy Level 진성 반도체(Intrinsic Semiconductor)에 도핑(Doping)을 하면 필연적으로 페르미 에너지 준위(EF)의 위치가 변하게 됩니다. 페르미 에너지 준위(EF)의 정의를 다시 한번 보겠습니다. ( 다른 표현으로 정의하기도 하지만, 이 책에서는 가장 간단한 형태..

CHAPTER 4 The Semiconductor in Equilibrium 들어가며 Chapter 4장에서 크게 불순물 반도체(Extrinsic Semiconductor), 축퇴(Degenerate)에 대한 개념에 대해 알아보았습니다. 오늘은 도펀트 원자들이 도핑한 농도 대비 얼마큼 이온화 되었는지 수학적으로 계산하는 방법에 대해 알아보겠습니다. 4.4.1 Probability Function 우리는 Chapter 3.5.2에서 반도체의 전자(electron)의 거동을 다루기 위해 Fermi-Dirac 확률 분포를 사용했습니다. 도너(Donor) 전자 또는 억셉터(Acceptor) 정공의 거동을 다루기 위해서도 적절한 확률 모델이 필요한데요. 아래의 표를 보겠습니다. No. 구분 수식 비고 1 전자(E..

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 ..