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전공91

[물리전자] 캐리어의 생성과 소멸 (Carrier generation and recombination) (3) 이제는 캐리어의 생성과 소멸 개념에서 시간의 개념을 추가해서 생각해 보자. 시간의 개념이 들어가는 순간 생성과 소멸은 시간에 대해서 변화하는 식이 만들어질 것이다. 이 시간에 대한 식을 알 수 있으면 시간에 따라 변하는 과도캐리어의 양을 알 수 있을 것이고 이에 따라 시간-캐리어농도 그래프를 그릴 수 있다. 먼저 빛이 인가되는 상황을 모델링해서 식을 분석해 보자. 위의 그래프식은 시간-전자농도 그래프이다. on이 빛이 인가되었을때의 시간이고 off가 빛이 꺼졌을 때의 시간이다. 그래프개형을 잘 봐두자, 이 그래프개형은 후에 앰바이폴라 연속방정식에서 자주 사용되는 모델링이고 대부분의 해석은 이 그래프에서 시작된다. 특히 빛이 on 된 상황과 off 된 상황에서 그래프는 미분불가능한 point를 가진다는 사.. 2023. 2. 17.
[물리전자] 캐리어의 생성과 소멸 (Carrier generation and recombination) (2) 마찬가지로 이어서 생성과 소멸에 대해서 좀 더 알아보자. 이전에는 평형상태의 생성과 소멸에 대해서 개념을 간단하게 알아보았는데 이번에는 열평형상태가 아닐 때 생성과 소멸이 어떻게 변화하는지 알아보자. 먼저 비평형상태가 되기 위해서는 어떤 시스템에 가해지는 외부자극이 존재해야 한다. 이 외부자극은 에너지를 가진 어떠한 것도 될 수 있다. 예를 들어 전기에너지가 시스템에 가해질 수도 있을 것이고, 빛이나 열이 시스템에 가해져도 시스템은 비평형상태가 될 것이다. 이 외부자극에 의해서 생기는 과잉 캐리어에 대해서 먼저 개념을 살펴보자. #과잉 캐리어(Excess Carrier) 위와같이 밴드구조에 외부자극이 생기게 되면 전자가 에너지를 얻기 때문에 당연하게도 전자와 양공쌍생성이 이루어진다. 이때 이 외부자극의 .. 2023. 2. 17.
[물리전자] 캐리어의 생성과 소멸 (Carrier generation and recombination) 이전에 물리전자를 공부했을 때 이 부분이 너무 어려워서 고생을 했던 기억이 있다. 아무리 자료를 찾아봐도 이 부분에 대한 자세한 설명이 나와있는 부분이 많이 없다. 이 부분이 특히 더 어려운 이유는 열평형 상태를 벗어나는 상황이 많이 나오기 때문이다. 열평형 상태를 벗어나게 되면 지금까지 배웠던 모든 식들이 거의 적용이 안되며, 우리가 알고 있는 모든 상식이 깨져서 일반적으로 입자의 운동을 기술할 수 없게 되고, 훨씬 복잡한 형태의 운동을 하게 된다. 따라서 식자체도 근사식이 많고 추측성으로 만든 식이 많기 때문에 이해가 가지 않는 것이 많을 것이다. 그럼에도 이 부분은 후에 앰바이폴라 식을 유도하는 데에 매우 중요한 개념으로 사용되므로 꼭 필수적으로 알아두어야 할 것이다. 먼저 용어부터 살펴보자. # .. 2023. 2. 16.
[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.

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