반도체놀이터

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) - 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 영역..

반도체/소자 2024. 2. 7. 21:26

- PN접합에 역방향 인가전압이 증가할 때, 낮은 Vr에서는 전류가 흐르지 않는다. 높은 Vr에서 결국 전류가 흐르고 경유에 따라서는 소자가 망가진다. 높은 Vr에서 전류가 흐를 떄 이를 접합항복이라 하고, 대표적인 매커니즘은 2개가 있다. 1. 제너효과 (Zener effect) : 비파괴항복, 제너 다이오드의 원리 - p영역, n영역의 도핑농도가 모두 높을 경우 발생한다. Na, Nd가 높으면 depletion width가 감소하고, 이때 높은 Vr이 걸리면, 매우 극심한 에너지 밴드 휘어짐이 발생한다. 이 경우, p영역의 가전자대와 n영역의 전도대가 동일 에너지준위에서 가까운 거리에 위치가 가능하다. >> 터널링에 의한 전류가 발생한다. - 제너효과는 한번 항복해도 계속 사용이 가능하다. 2. 애벌..

반도체/소자 2024. 2. 6. 21:53

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, 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 ..

반도체/소자 2024. 2. 6. 21:43

PN junction - 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...

반도체/소자 2024. 2. 6. 21:06

- 평형상태 (Equilibrium state) 또는 열정평형상태 (Thermal Equilibrium) : 반도체의 모든 위치가 동일 온도를 가지고, 그 외 외부로부터 자극이 없는 상태이다. 만약 외부자극에 의해 비평형상태가 되더라도 더이상의 자극이 없으면 평형상태로 돌아간다. 평형상태에서의 캐리어 농도를 n0, p0라고 한다. - 평형상태 (Equilibrium state)인 경우 전자 - 정공의 생성 (generation) : Ev의 전자가 Ec로 generation 되면서 hole - electron 쌍이 생성된다. 전자 - 정공의 재결합 (recombination) : Ec의 전자가 Ev의 정공과 만나서 recombination 하여 hole - electron 쌍이 소멸한다. 이와 같은 과정이..

반도체/소자 2024. 2. 6. 20:36

- 드리프트 전류 (drift current) : 전기장이 걸리면 모바일 캐리어가 쿨롱힘에 의해 이동함으로써 전기장 방향의 전류가 발생한다. 평균 드리프트 속도를 Vd라고 하고 양의 전하밀도를 p라고 하면, 드리프트 전류밀도는 다음과 같다. 여기서 속도 Vd를 다시 나타내면, 위의 사진과 같이 표현할 수 있다. 전자는 전기장과 반대로 움직이므로 전자와 정공의 속도를 벡터로 다시 표현하면, 이제 아까 구했던 전류밀도에 이 식을 대입해보자. 위의 식은 전자의 전류밀도를, 아래식은 정공의 전류밀도를 나타낸다. 따라서 총 드리프트 전류를 구하면 다음과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 드리프트 전류밀도는 전자의 이동도와 정공의 이동도의 합과 전기장의 곱이라고 할 수 있다. - 확산전류 (diffusion curren..

반도체/소자 2024. 2. 6. 20:16

평형상태에서 반도체의 전자, 정공 분포: 전도대의 전자 농도 분포 : n(E) = g(E)*f(E) 가전자대의 정공 농도 분포 : p(E) = g(E)*(1-f(E)) 이며 단위는 [#/cm^3 * eV]이다. - 반도체의 전자, 정공 농도를 구하기 위해 위의 식을 각각 적분하면, 전자의 농도는 위의 식과 같이 구할 수 있다. 정공의 농도는 위의 식과 같이 구할 수 있다. Nc, Nv를 각각 전도대와 가전자대의 유효상대밀도함수라고 한다. 온도의 영향을 받는 반도체 재료의 고유특성이다. 평형상태 Intrinsic 반도체의 캐리어 농도 (ni, pi): 위 수식을 통해 intrinsic 반도체의 캐리어 농도가 아래와 같음을 알 수 있다. Intrinsic 반도체의 페르미 에너지를 진성 페르미 에너지 (Efi..

반도체/소자 2024. 2. 5. 23:24

에너지밴드의 형성 : 전자궤도가 중첩된 원자의 수만큼 에너지 준위가 분리되어야 하고, 무수히 많은 원자들이 인접하면 무수히 많은 중첩이 발생하여, 마치 연속된 에너지의 밴드를 형성한다. 최외각 전자부터 순차적으로 전자궤도 중첩이 발생하며 각각의 에너지 준위가 중첩에 의해 분리되어 에너지밴드를 형성한다. 기존 불연속 에너지준위 간의 에너지 간격으로 인해 에너지밴드간에 전자가 가지지 못하는 에너지 간격이 발생한다. >> 허용(에너지)밴드와 금지(에너지)밴드로 나뉜다. 위 그림을 보면 3s, 3p가 만나 상호작용하여 결정거리인 a0에서 Ec, Ev, Eg가 형성된다. Conduction band (전도대) : Ec위의 영역을 전도대라고 하며, 전자들이 원자간을 자유롭게 이동 가능하다. Valance band ..

반도체/소자 2024. 2. 5. 21:51