본문 바로가기

전공91

[물리전자] 역방향전압(Reverse Vias) 지금까지는 반도체의 평형상태인 상황을 가정해서 해석해 보았다. 하지만 실제로는 평형상태인 반도체는 전자소자로서 의미가 없다. 전자소자로 사용되기 위해서는 전류가 필수적으로 흘러야 하는데, 전류가 흐른다는 것은 더 이상 평형상태가 아님을 의미한다. 따라서 평형상태가 아닌 반도체의 성질을 알아야 할 필요성이 있다. 특히 이번에는 반도체 pn접합상태에서 역방향 전압이 걸려있는 상황을 한번 생각해 보자. 위와 같이 p 쪽에 - n 쪽에 +전압이 걸려있는 상황을 역방향 전압이 걸려있다고 말한다. 이전에 설명했던 중성영역에서 전기장은 n에서 p방향이라고 했던 것을 기억하는가? 이 역방향전압에 의한 전기장 역시 마찬가지로 n에서 p방향으로 걸리게 된다. 이 역방향 전압은 중성영역의 전기장과 마찬가지로 같은 방향이기 .. 2023. 2. 21.
[물리전자] PN 접합 (PN junction) (2) 저번에는 중성영역에서 빌트인 볼티지를 구했고 어떻게 밴드를 형성하는지 알아보았다. 이번에는 중성영역의 전하들에 의해서 생기는 전기장을 직접 유도해 보고 유도된 전기장이 어떤 전위를 유도하는지 알아보자. #전기장의 유도 저번에 설명했듯이 중성영역에는 전하가 존재하고 양쪽으로 분극된 전하들에 의해서 전기장이 생겨서 드리프트전류와 확산전류가 상쇄되어서 중성상태가 유지된다고 설명하였다. 이번에는 보다 정확한 전하의 분포를 그래프로 한번 살펴보자. 위와 같이 전하가 p영역과 n영역에 일정하게 분포해 있다고 가정하자. 실제로는 위와 같이 이상적으로 분포해 있지는 않지만 전기장을 유도하기 위해서 이상적인 분포를 가정해 보자. 전기장의 유도는 포아송 방정식을 이용해서 전기장을 유도한다. 전하를 미리 가정했기 때문에 포.. 2023. 2. 21.
[물리전자] PN 접합 (PN junction) (1) 드디어 물리전자의 꽃 pn접합을 설명할 차례가 온 것 같다. pn접합은 물리전자에서 가장 중요한 파트이고 지금까지 배웠던 개념이 pn접합을 배우기 위해서 배웠던 개념이라고 해도 과언이 아닐 정도이다. pn접합은 가장 간단하게 설명하자면 말 그대로 p형반도체와 n형반도체를 접합시킨 것이다. 접합시키는 이유는 전류적인 이득을 취할 때 접합시켜서 회로에 사용할 때도 있고, 반도체의 특성을 최대한으로 끌어내기 위해서 접합시키는 경우도 있다. 이제 접합의 기본적인 해석을 해보자. #pn접합의 기본적인 해석 위와같이 pn접합이 존재한다고 가정하면 도핑의 분포는 그래프처럼 step처럼 경계면을 기준으로 변할 것이다.(step junction이라 가정했을 때) 그러면 x=0 경계면을 기준으로 왼쪽은 홀이 더 많이 분포.. 2023. 2. 20.
[물리전자] 앰바이폴라 전송방정식(Ambipolar Transport Equations) 이제 드디어 앰바이폴라 전송방정식에 대해서 배울 수 있는 모든 기반이 만들어진 것 같다. 수식적으로 굉장히 복잡하고 수학적인 개념도 들어가 있기 때문에 1-2번 봐서는 아마 잘 이해할 수 없을 것이다. 따라서 하나의 과정을 계속 원리를 따져가면서 이해하다 보면 어느 순간에 이 방정식에 왜 최종적으로 이렇게 되는지 이해할 수 있을 것이다. 이제 한번 유도해 보자. 먼저 방정식을 유도하기 전에 이 방정식을 유도하기위한 다양한 전제조건들을 먼저 알아보자. #엠바이폴라 방정식의 전제조건 반도체에 외부전기장이 걸리게되면 전자와 양공은 전기장의 영향을 받아 양극으로 몰리게 된다. 이때 양극으로 몰린 전자와 양공은 자체적으로 반도체내부에 내부전기장을 형성하게 되는데 이 내부전기장에 의해서 외부전기장에 의한 힘의 반대.. 2023. 2. 20.
[물리전자] 연속방정식(Continuity Equations) 이제는 물리량에 따라서 캐리어의 유입과 유출에 관한 식을 한번 유도해 보자. 이 식은 반도체내의 전하의 유입/유출에 대한 식을 유도하는 과정이므로 엠바이폴라 방정식의 기초가 되는 방정식이다. 먼저 1차원운동에서 간단하게 모델링해보자. 위의 그림은 x방향으로의 유입과 유출만을 고려한 모델이다. 이 방향에서 유입량과 유출양의 차이를 알면 미소체적내의 입자가 얼마나 존재하는지 알 수 있을 것이다. 따라서 초기 점화식은 다음과 같이 세워진다. 미분항이 있어서 초기에 이해가 바로 안될수 있지만 결국 증분항을 기울기의 개념을 이용해서 미소 구간을 정의하는 미분항으로 나타낸 것뿐이다. 위 식을 다음과 같이 다시 풀이해볼수있다. 앞서 설명한 대로 유입량에서 유출양을 뺀 값이 현재 미소체적에 존재하는 입자의 양이 되므로.. 2023. 2. 20.
[물리전자] 홀 효과(The Hall Effect) 이번에는 홀 효과에 대해서 한번 알아보자. 홀 효과는 1879년 Edwin Hall이 실험과정 중에 발견한 현상인데 이 현상을 이용하면 우리가 지금까지 알려진 거의 모든 파라미터들을 실험을 통해서 결정할 수 있게 된다. 특히 캐리어 모빌리티나 농도를 실험을 통해서 거의 근사하게 결정할 수 있다. 홀 효과를 이해하기 위해서는 전자기학 개념인 전자기장에서 움직이는 전하가 받는 힘에 대한 공식 이해가 선행되어야 한다. 먼저 이 공식에 대해서 살펴보자. #움직이는 전하가 받는힘 위 식을 고등학교학습과정에서 배운 사람도 있을것이고 아니면 전자기학 전공에서 새롭게 배운사람도 있을 것이다. 혹은 지금 아예 처음 보는사람도 있을것이다. 우선 각 기호를 설명하자면, q는 전하량 F는 힘을 의미하는 것이고 V는 전하의 속.. 2023. 2. 18.

티스토리툴바