반도체 물성 및 소자 - 8. PN Junction 2

• PN junction의 특징 

- W (depletion width): W = Xn + Xp이며 앞의 글에서 구한 수식을 통해 구할 수 있다. 

첫번째 식을 두번째 식에 대입하면, 

이와 같이 P, N 각각의 depletion region width를 알 수 있다. 또한 이 둘을 더해 W를 구하면,

Depletion width 식

 

•  Reverse biased PN junctions : PN접합에 외부 전위를 인가하면, 시스템은 평형 상태를 벗어나게 되고 Ef는 시스템에 걸쳐 일정하지 않다.

 

 reverse biased에 의한 전계는 pn접합의 depletion region에 집중된다. 이러한 전계 증가는 depletion region의 증가에 의해서만 가능하고, 이를 위해서는 depletion width의 증가를 수반한다.

 

 캐리어 농도가 높은 n영역, p영역에는 전계가 없고, 전계가 높은 depletion region에는 캐리어 농도가 매우 낮으며, 캐리어 농도 구배가 높은 p/n영역과 depletion 경계에는 전기장이 확산전류를 막고 있으므로, 역방향전압 인가상태의 pn접합에는 전류가 흐르지 않는다.

 

 >> Vbi 는 Vbi + Vr이 된다.

 

파란색 - foward, 빨간색 - reverse

 

- reverse biased인 경우 W:

• PN junction capacitance

커패시턴스는 전압 변화에 대해서 저장된 전하량 변화가 있을 때 존재한다. pn접합은 Vr의 미세변화가 있을 때, depletion region에 걸리는 총 전압 변화는 Vbi+dVr이다. dVr을 발생하기 위해, 공간전하폭이 증가한다. 그리고 이는 space charge의 증가를 수반한다. 즉 Vr에 의해서 거리 W만큼 떨어진 위치에서 전하량 dQ가 변화한다.

이를 통해 pn접합 커패시턴스를 구할 수 있다.

 

• One - sided junction : n+p

- n 반도체가 p 반도체보다 농도가 매우 높은 경우를 살펴보자.

이 경우의 커패시턴스를 구하면,

n+ p junction의 capacitance

위와 같이 표현할 수 있다. 이 식을 그래프로 나타내면,

위 그래프의 x절편으로 Vbi를 얻을 수 있고, 기울기를 통해 농도를 얻을 수 있다.