반도체 물성 및 소자 - 9. PN Junction 3

• Forward - biased PN Junctions : PN 접합에 외부 전위를 인가하면, 시스템은 평형상태를 벗어남. Ef는 시스템에 걸쳐 일정하지 않음. P영역을 (+) 기준으로 PN접합에 foward bias(Va)를 인가하면, 양의 전위가 인가된 p영역의 에너지밴드 다이어그램이 아래쪽으로 이동하게 된다. (에너지밴드 다이어그램은 전자의 에너지가 기준이므로)

전압에 따른 built in potential 변화

- 총 전위장벽이 Vbi 이하로 감소한다 >> depletion region의 전계세기가 감소하게 된다. 이에 따라 diffusion current를 막고 있었던 전계세기가 감소하므로, p에서 n영역으로 diffusion current가 발생한다. p영역에서 n영역으로 확산된 hole과 n영역에서 p영역으로 확산된 electron은, 각 영역에서 minority carrier의 역할을 하게된다. 즉, 각 영역은 비평형 상태이다.

평형상태에서의 전류

Reverse bias가 인가되었을 때의 전류

 

 이 경우 전계의 세기가 증가하며, 이를 반영하기 위해 depletion width가 증가한다. 

Forward bias가 인가되었을 때의 전류

이 경우 전계의 세기가 감소하며, 이를 반영하기 위해 depletion width가 감소한다.

 

- 이를 통해 총 전류의 세기를 구할 수 있다.

위의 식을 나타낸 그래프

 

- Forward biased steady state : 순방향 전압이 걸리는 경우, electron은 p영역에서 minority carrier로 작용하며, majority carrier인 hole과 만나 recombination 할 것이다. (Diffusion length가 발생한다.)

확산거리 = (확산계수*시간)^0.5

 

순방향 전압이 걸렸을 경우 캐리어의 확산 정도를 나타낸다.

- 즉, 순방향 전압이 걸리면, 전압에 의해 유입된 minority carrier와 majority carrier가 recombination하며 전류가 발생한다고 할 수 있다.