반도체기초4 반도체 기초(4)- semiconductor in nonequilibrium 지금까지는 평형상태의 반도체에 대해 공부하였지만 이번 글에서는 비평형(nonequilibrium)상태의 반도체에 대해 알아보겠습니다.앞선 반도체 기초(2) 글에서 설명했지만, 평형상태에서도 CB와 VB 사이에서 전자와 정공은 끊임없이 generation과 recombination을 반복합니다. 이때 generation은 전자와 정공이 생성되는 과정, recombination은 전자와 정공들이 소멸되는 과정입니다. 하지만 이과정들이 균형을 이루고 있기 때문에 전자와 정공의 수는 변하지 않고 유지됩니다.위의 그림은 direct recombination, direct generation을 나타내는 것으로, 이외에도 다양한 종류의 recombination과 generation이 존재합니다. Recombinati.. 2024. 12. 2. 반도체 기초(3)- carrier transport in semiconductor 반도체에 전기장이 인가된다면 전자와 정공은 힘을 받고 이동하게 되고, 이렇게 전기장에 의해 발생된 net movement를 drift라고 합니다. 전하들의 net drift는 drift current를 발생시킵니다. Volume charge density (ρ)를 갖는 전하가 average drift velocity (vd)로 이동할 때의 drift current density는 다음과 같습니다.Jdrf = ρvd따라서 전자와 정공에 의한 drift current density는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.Drift current density due to electrons: Jn|drf = (-en)vdn = (-en)(- μnE) #전자는 전기장과 반대의 방향으로 이동함Drift curr.. 2024. 11. 26. 반도체 기초(2)- silicon at thermal equilibrium 반도체 이론에서 궁극적으로 중요한 것은 반도체 소자의 전류-전압 특성을 설명하는 것입니다. 이때 전류는 전하의 흐름에 의한 것으로 이를 이해하기 위해서는 반도체의 전도에 참여하는 전자와 정공의 concentration을 알아야 합니다. 이때 캐리어의 concentration은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.캐리어의 농도=∫[허용된 에너지 상태(state)의 밀도 × 에너지 상태를 채울 확률]dE파울리 배타원리에 의하면 하나의 전자만이 하나의 양자 상태를 차지할 수 있기 때문에 양자 상태의 수가 많으면 이는 곧 전자의 수가 많음을 나타낼 수 있습니다. 따라서 캐리어의 농도는 허용 에너지 상태들을 나타내는 에너지 상태 밀도 함수 (energy density of states function, g(E) [c.. 2024. 11. 24. 반도체 기초(1)- energy bands 멀리 떨어져 있는 원자들의 전자들은 상호작용 하지 않고 불연속적인 에너지를 차지합니다. 이러한 원자들 사이의 거리가 줄어들면, 최외각 전자들은 상호작용하며 불연속 에너지 준위들은 파울리 배타원리에 의해 split 되어 에너지 밴드를 형성하게 됩니다.위의 그림을 보면, 원자들이 평형 간격 (r0)를 유지하며 배열하게 된다면 전자들은 forbidden band로 분리된 allowed band를 갖게 됩니다.다음은 Si의 경우를 살펴보겠습니다. Si는 14개의 전자를 갖는 원소로, 원자 상태에서 아래와 같은 전자배치를 갖습니다.10개의 전자는 핵에 가까운 두 개의 전자 껍질을 완전히 채우고 핵에 강하게 bound 되어 있고, 나머지 4개의 전자는 원자가전자에 해당하며 상대적으로 약하게 bound되어 있습니다... 2024. 11. 20. 이전 1 다음
