반도체 물성 및 소자 - 7. PN Junction 1

• PN junction

pn접합

- PN junction에서 반도체의 거동 : p영역의 hole이 n영역으로 확산, n영역의 electron이 p영역으로 확산한다. 이에 따라 p영역에는 상대적으로 (-)전하를 띄는 space charge가 발생하고, n영역에넌 상대적으로 (+)전하를 띄는 space charge가 발생한다. 이 space charge에 의해 n영역에서 p영역으로 전기장이 발생하게 된다. 즉, 'space region 외부 p영역, n영역으로 부터의 캐리어 확산력 = space region의 전계' 로 균형을 이루게 된다.

PN이 접합하면 이와 같이 band가 휘게 되고 전계가 생겼음을 알 수 있다. 

 

- 여기서 중요하게 보아야 할 것이 있다. 바로 eVbi (Built in potential) 이다. 이 내부 전위장벽은 PN 접합의 정상상태에서 전하 분포에 의한 에너지밴드 밴딩으로 발생하는 전위차를 말한다. 이 전위차는 다음과 같이 구할 수 있다.

Built in potential

- PN junction의 space charge로 부터 전계를 유도하고. 전계로 부터 전위차를 유도할 수 있다. 

포아송 법칙에 따라 space charge를 적분하여 전계를 구하면,

전계 그래프

 

위 그래프를 보면, x=0일때 최대 전계를 갖고 있음을 알 수 있다.

x=0 일때의 전계

 

이 식으로부터 charge neutrality condition을 얻을 수 있다.

 다시 이 전계를 적분하여 전위차를 구해보자.

이와 같이 space charge에서 E-field를, 다시 E-field에서 Built in potential을 구할 수 있다.