전공/물리전자30 [물리전자] 아인슈타인 관계식 (The Einstein Relation) 이전에 우리는 반도체 캐리어에 의해 발생하는 확산전류와 드리프트전류를 알아보았다. 확산전류에서 전류량에 영향을 미치는 계수가 확산계수이고 드리프트 전류에서는 전류량에 영향을 미치는 계수가 이동도(모빌리티)이다. 이 두 계수는 독립적이지 않고 어떤 관계를 가지는데 이 두 가지 계수의 관계식이 바로 아인슈타인 관계식이다. 이제 이 관계식을 한번 유도해 보자. 일반적으로는 확산하는 힘과 전기장은 서로 반대방향으로 생긴다. 즉 확산으로 인해 형성되는 전기장은 확산을 방해하는 방향으로 생성된다. 따라서 열평형상태에 도달하면 두 힘은 완전하게 평형을 이루게 된다. 따라서 다음과 같은 식이 성립한다. 그리고 도핑값이 매우 크다고 가정하면 앞서 설명했듯이 전자의 농도는 도핑값에 도미넌트하기 때문에 전자의 농도를 도핑농.. 2023. 2. 16. [물리전자] 확산전류 (Diffusion Current) 이전에는 전기장에 의해서 입자들이 힘을 받아서 전류가 발생하는 드리프트 전류에 대해서 알아보았지만 이번에는 확산에 의해서 입자의 이동이 생기는 확산전류에 대해서 알아보자. 확산이라는 것은 알다시피 입자의 농도차이로 인해 입자가 고농도에서 저농도로 이동하는 현상을 확산이라고 정의한다. 이러한 확산의 현상은 반도체에서도 예외 없이 발생하게 된다. 특히 접합부에서의 농도차이로 인해 확산전류가 발생하게 되며 농도차이가 클수록 당연히 더 큰 전류가 발생하게 된다. 이제 확산전류의 공식을 1차원 상의 그래프상에서 flux양으로 전류식을 한번 유도해 보자(1차원선상에서 모델링) 위와 같이 1차 원상에서의 위치에 따른 전자가 linear 하게 분포하고 있다고 가정하자. 만약 x=0 지점에서 flux의 양을 식으로 나타.. 2023. 2. 16. [물리전자] 표류전류밀도(Drift Current Density) 이전에는 도핑에 대한 캐리어 농도특성을 살펴보았는데 이번에는 캐리어들이 어떤 방법으로 전류를 만들어내는지 한번 알아보자. 특히 이러한 캐리어들의 움직임으로 드리프트 전류가 생성되는 과정을 직접 알아보고 어떤 특성을 갖고 있는지 확인해 보자. 드리프트전류의 개념을 알기 위해서는 드리프트의 개념부터 알아야 한다. 드리프트는 전기장에 의해서 전하가 움직이는 것을 의미한다. 즉 드리프트전류는 전기장에 의해서 캐리어가 움직이면서 생기는 전류이라는 것을 꼭 기억해 두자. 실제적으로 입자의 크기는 매우 작기 때문에 움직임을 식으로 기술하기 쉽지 않다. 특히 전자의 같은 경우에는 전자 하나하나에 대해서 속도를 모두 측정한 뒤에 적분하면 전체 면적에 대해서 전류량을 알 수 있지만, 실질적으로 전자 하나하나에 대해서 속도.. 2023. 2. 15. [물리전자] 도핑에 따른 농도특성(Statistics of Donors and Acceptors) (2) 이번에는 좀 더 실제적인 원리와 원리에 따른 사용가능한 공식을 유도해 보자. 공식을 유도하기 전에 온도에 따른 전자농도의 특성에 대해서 좀 더 살펴보자. 도핑이 된 상태에서는 온도에 따라서 전자의 농도가 다르게 증가하고 유지되는 경향이 있다. 1. 온도에 따른 농도변화 위와같이 온도변화에 따라서 전자의 농도가 다르게 변화하는 것을 알 수 있다. 그래프의 개형에 따라서 1~3까지 3 부분으로 나눌 수 있다. 1번 부분은 온도가 상승함에 따라서 농도가 급격하게 상승하는 경향을 보인다. 이 부분은 이온화가 진행되고 있는 부분으로 낮은 온도대역에서 발생하며 도너가 전이되고 있는 과정이기 때문에 급격한 농도상승이 나타난다. 2번 부분은 모든 도너가 이온화되고 더 이상 전이되는 도너가 없으면 온도에 따라서 더 이상.. 2023. 2. 4. [물리전자] 도핑에 따른 농도특성(Statistics of Donors and Acceptors) 저번에는 도핑에 따라서 페르미준위가 어떻게 변화하고 도너들의 종류에 따라서 반도체가 어떤 특성을 가지는지 알아보았다. 이번에는 도핑에 따라서 입자들이 어떻게 이온화되고 온도에 따라서 어떻게 변화하는지 한번 알아보자. #축퇴 비축퇴 반도체(Nondegenerate semiconductor/Degenerate semiconductor) -비축퇴 반도체(Nondegenerate semiconductor) 반도체를 도핑하는 양이 현저히 적거나 원래 도포된 실리콘의 양에 비해서 불순물의 양이 매우 작은 반도체를 의미한다. 때문에 전자와 양공사이의 상호작용이 거의 없다. -축퇴 반도체(Degenerate semiconductor) 도핑의 수가 많을 때 상호작용이 크다. 또한 도핑을 할수록 페르미준위가 전도대에 가까.. 2023. 2. 2. [물리전자] 도핑캐리어 농도(The extrinsic Carrier Concentration) 이번에는 진성반도체가 아닌 반도체에 불순물이 추가되었을 때 캐리어가 어떻게 분포하는지 한번 알아보자. 핵심은 확률함수의 페르미준위가 달라지면서 각밴드에서의 전자존재확률이 달라진다는 것이다. 즉 페르미 확률함수가 위아래로 평행이동하면서 각 확률이 조정된다고 생각하면 매우 간단하다. #불순물 반도체의 종류 불순물반도체는 크게 2가지로 나뉘어지는데 바로 n형반도체와 p형 반도체이다. 이 반도체들은 진성반도체에서 도펀트를 도너를 주입하느냐, 억셉터를 주입하느냐에 따라서 다른 형태의 반도체가 된다. 각각의 반도체들은 다른 특성을 가지고 있으며 의도에 맞게 도펀트를 주입해서 용도에 맞게 반도체를 만들 수 있다. 도펀트의 종류는 도너와 억셉터가 있는데 도너를 주입하면 n형반도체가 되고 엑셉터를 주입하면 p형반도체가 .. 2023. 2. 1. 이전 1 2 3 4 5 다음
