반도체공학,semiconductor_engineering (rev. 1.23)

불순물(impurities, 즉 dopant)이 들어있지 않은 순수한 반도체.
불순물,impurity이 없음. 도핑,doping되지 않음.
전자농도와 양공농도가 같다는 특성이 있다.
// via https://blog.naver.com/songsite123/222916920635

// from 김성호 물리전자공학 4.2 https://youtu.be/4ifVpRoLgG4
{
여기선 thermal_energy(열에너지? 열적에너지?) $\displaystyle kT$ 에 의해 EHP(electron-hole_pair)가 생성된다.

진성반도체 캐리어 농도(intrinsic carrier concentration) ... carrier_concentration

기호: $\displaystyle n_i$

$\displaystyle n_i=n_0=p_0$ 라는 성질이 있다. ...n0 p0 가 뭐였지

intrinsic semiconductor의 $\displaystyle E_F$ (페르미_에너지,Fermi_energy 페르미_준위,Fermi_level)는 $\displaystyle E_i$ 또는 $\displaystyle E_{Fi}$ 라 하는데

2:50

$\displaystyle n_0=N_c \exp \left( -\frac{E_c-E_F}{kT} \right)$
$\displaystyle p_0=N_v \exp \left( -\frac{E_F-E_v}{kT} \right)$
인데, intrinsic semiconductor의 경우, .....// $\displaystyle E_f \leftarrow E_i$ 를 대입
$\displaystyle n_0=N_c \exp \left( -\frac{E_c-E_i}{kT} \right)=n_i$
$\displaystyle p_0=N_v \exp \left( -\frac{E_i-E_v}{kT} \right)=n_i$

둘을 곱하면,
$\displaystyle n_0p_0 = n_i^2 = N_c N_v \exp \left( -\frac{E_c - E_v}{kT} \right) = N_c N_v \exp \left( -\frac{E_g}{kT} \right)$

그래서 $\displaystyle n_i$ 는,
$\displaystyle n_i = \sqrt{ N_c N_v } \exp \left( -\frac{E_g}{2kT} \right) = 2\left( \frac{2\pi kT}{h^2} \right)^{3/2} \cdot \left(m_n^* m_p^*\right)^{3/4} \cdot \exp\left( - \frac{E_g}{2kT} \right)$

식을 보면 결론은 $\displaystyle T$ 가 커지면 $\displaystyle n_i$ 가 커진다는 것이다.
그래서 온도,temperature가 높아지면 고유반도체의 캐리어농도가 높아진다는 것이 수식적으로 입증되었다.

}

intrinsic semiconductor

[edit]

1.3. extrinsic semiconductor ¶

비고유반도체,extrinsic_semiconductor
// kps extrinsic semicondutor : "비고유 반도체, 비본질성 반도체" ... via https://www.kps.or.kr/content/voca/search.php?et=en&find_kw=extrinsic

비고유 반도체, 외인성 반도체, 불순물 반도체

순수하지 않고 도핑,doping이 된 반도체

불순물_반도체

Extrinsic_semiconductor

extrinsic semiconductor

...

Semiconductor

반도체,semiconductor

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1.4. dopant ¶

도펀트 ?

doping_agent = dopant

Dopant

rel.
도핑,doping
불순물,impurity

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1.5. acceptor ¶

acceptor = electron_acceptor ? = acceptor_atom ?
억셉터
전자받개?

Acceptor_(semiconductors)

Electron_acceptor <- 저 페이지에선 화학의 개념 설명. ko interwiki:

전자수용체

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1.6. donor ¶

donor = electron_donor ? = donor_atom ?
전자주개?
전자를 준다는 뜻에서 donor라는 이름이 붙었다.

P, As(15족 원소)는 최외각 전자가 5개라서 전자 1개를 내어 준다. Donor가 내어 놓은 전자는 자유전자,free_electron가 된다. 그리고 자기(donor) 자신은 움직이지 못하는 양이온,cation이 된다.

Donor_(semiconductors)

Electron_donor <- 저 페이지에선 화학의 개념 설명. ko interwiki:

전자공여체

Up: 물질,material

Sources:
김성호 물리전자 4.3 https://youtu.be/3F7GjMPuZco

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1.7. 불순물 impurity ¶

불순물,impurity

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2. p-n junction ¶

pn접합,pn_junction
{
p-n junction

다이오드,diode, 트랜지스터,transistor 이해의 시발점.

(다이오드가 있고)
개방회로상태에선 외부 전류가 없으므로 접합을 가로지르는 정반대 방향의 두 전류 크기가 같다.

$\displaystyle I_D = I_S$

여기서

$\displaystyle I_S$ : 다수캐리어의 확산에 의한 확산전류
$\displaystyle I_D$ : 소수캐리어의 드리프트에 의한 드리프트전류

(Sedra)

열적 평형상태 thermal_equilibrium 의 PN접합

PN접합의 고유전위(built-in potential):
공핍영역,depletion_region의 이온화된 원자들에 의해 만들어진 전위차(전압,voltage).
N형 영역과 P형 영역의 도핑,doping 농도에 관련되었는데
식으로 나타내면

$\displaystyle V_0=V_T \ln \left( \frac{N_A N_D}{n_i^2} \right)$

여기서

$\displaystyle V_T =kT/q$ : 열전압,thermal_voltage 또는 온도등가 전압 - 상온에서 $\displaystyle V_T\approx 26\,\text{mV}$
$\displaystyle N_A$ : P형 영역에 doping된 acceptor 불순물의 농도
$\displaystyle N_D$ : N형 영역에 doping된 donor 불순물의 농도
$\displaystyle n_i=1.5\times 10^{10}\,\text{cm}^{-3}$ : 진성반도체intrinsic_semiconductor 의 캐리어농도 carrier_concentration ? carrier_density ?

해석

불순물 농도가 커지면 고유전위가 커진다.
...

Source:
신경욱 http://kocw.net/home/cview.do?cid=c908683a6462eac7 2. 8m

Up: 곡면,surface 반도체,semiconductor 반도체공학,semiconductor_engineering }

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3. depletion region/layer ¶

공간전하영역 = 공핍영역,depletion_region = 공핍층,depletion_layer
{
PN접합,pn_junction면 근처의

P형 쪽에는 음의 acceptor 원자가 존재하며
N형 쪽에는 양의 donor 원자가 존재하는데

이 얇은 영역을 depletion region이라 한다.

여기에는 이온화된 acceptor/donor 원자들만 존재하며, 움직일 수 있는 캐리어(운반자,carrier)가 없다.

Source: 신경욱 http://kocw.net/home/cview.do?cid=c908683a6462eac7

Up: 반도체,semiconductor 반도체공학,semiconductor_engineering region layer
}

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4. 전위장벽 ... 고유전위 ? potential wall? ¶

전위장벽

고유전위 와 syn?

potential_wall ? ... voltage_wall ?

이게 있으면 운반자,carrier가 맘대로 이동하지 못하는데 - 즉 전류,current가 맘대로 흐르지 못하는 - 정확히rewrite

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5. bias ¶

바이어스,bias
{
번역:
역바이어스 / 순바이어스 (Sedra 8e ko)

PN접합,pn_junction의 두 단자가 개방된 상태에서는
pn접합의 내부 전위장벽에 의해 운반자,carrier가 이동할 수 없어서 pn접합에 전류가 흐르지 않는다.
이 때 DC전압을 적절히 인가하여 pn접합에 흐르는 전류를 조절하는 것을 바이어스(bias)라 한다.

순방향(forward) 바이어스와 역방향(reverse) 바이어스가 있다.

순방향바이어스 forward_bias

애노드,anode 전압이 캐소드,cathode 전압보다 높은 경우
→ 내부 전위장벽을 낮춰 전류가 잘 흐르게 됨

역방향바이어스 reverse_bias

캐소드,cathode 전압이 애노드,anode 전압보다 높은 경우
→ 내부 전위장벽을 높여 전류가 흐르지 못하게 됨

Source: 신경욱 http://kocw.net/home/cview.do?cid=c908683a6462eac7 3. 0m
}

[edit]

5.1. forward_bias ¶

[edit]

5.2. reverse_bias ¶

전위장벽이 높아져서 애노드,anode에서 캐소드,cathode로 전류가 흐르지 못한다.

전자 정공 둘 다 전위장벽을 넘어 이동하지 못함.

[edit]

6. 에너지띠 and 에너지띠그림 ¶

에너지띠,energy_band
에너지띠그림,energy_band_diagram

MKLINK
에너지,energy
전위장벽 potential_wall or voltage_wall ?

energy band

energy band diagram

Up:
띠,band
그림,diagram

[edit]

7. 다이오드 diode ¶

다이오드,diode
{

다이오드의 I-V 관계 (characteristic ? graph ?) :

pn junction 다이오드에 전압 $\displaystyle V_D$ 가 인가된 경우

$\displaystyle I_D=I_S\left( e^{V_D/V_T} - 1 \right)$

여기서

$\displaystyle I_D$ : 역방향포화전류
$\displaystyle I_S$ :
$\displaystyle V_D$ : 다이오드 양단에 걸리는 전압
$\displaystyle V_T$ : 온도등가전압

$\displaystyle V_D \gg V_T$ 인 경우

$\displaystyle I_D \simeq I_S e^{V_D/V_T}$

역방향포화전류

$\displaystyle I_D \approx -I_S$

Source: 신경욱 http://kocw.net/home/cview.do?cid=c908683a6462eac7 3. 7m

다이오드,diode
}

[edit]

8. 온도등가전압 V_T ¶

기호: $\displaystyle V_T$

상온(300 K 정도)에서는 대략 26 mV 정도.

Source: 신경욱 http://kocw.net/home/cview.do?cid=c908683a6462eac7 3. 7m

전압,voltage
온도,temperature

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9. 전류 current ¶

전류,electric_current

다이오드,diode의 I/V Characteristics에서,
$\displaystyle I_D = I_S \left( \exp \frac{V_D}{V_T} - 1 \right)$
$\displaystyle I_D$ : diode current
$\displaystyle V_D$ : diode voltage
(Kung slide 2 p35)

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10. 확산전류 diffusion current ¶

확산전류,diffusion_current

[edit]

10.1. 역방향포화전류 reverse saturation current I_D ¶

기호: $\displaystyle I_D$

$\displaystyle I_S$ 아님??? IS is called the “reverse saturation current”

reverse saturation current
reverse_saturation_current

다이오드,diode

전류,current
포화,saturation

...

reverse_saturation_current

[edit]

11. carrier ... 캐리어 or 운반자 ¶

둘중에 뭐로? TBD

다수캐리어 majority_carrier
소수캐리어 minority_carrier

[edit]

11.1. 캐리어농도 carrier concentration ¶

캐리어농도,carrier_concentration

curr at

농도,concentration#s-6

온도,temperature에 따른 변화가 크다.

[edit]

11.2. 캐리어의 이동 carrier transport ? carrier motion ? ¶

① gradient of electrostatic potential energy -> 유동전류, 표동전류, 드리프트전류 ... drift_current ...

drift_current
② gradient of carrier concentration -> 확산,diffusion - 확산전류,diffusion_current =

확산전류,diffusion_current
③ gradient of temperature -> 열전류 thermoelectric current ... 열전류,thermoelectric_current

[edit]

12. 페르미 준위 Fermi level ¶

페르미_준위,Fermi_level

[edit]

13. 페르미 에너지 Fermi energy ¶

페르미_에너지,Fermi_energy

[edit]

14. Fermi-Dirac statistics ¶

페르미-디랙 통계
semi-twins:

페르미-디랙_통계

Fermi–Dirac_statistics

[edit]

14.1. Fermi-Dirac distribution ¶

페르미-디랙_분포,Fermi-Dirac_distribution

// tmp via https://m.blog.naver.com/pk4101/221574963482
일단 see 페르미-디랙 함수,Fermi-Dirac_function

그래서 절대영도,absolute_zero일 때 (T = 0 K)
$\displaystyle E>E_F$ 인 경우 - 페르미 에너지 초과인 경우

$\displaystyle f(E>E_F)=\frac1{1+\exp(+\infty)}=0$ (발견되지 않는다)

$\displaystyle E 인 경우 - 페르미 에너지 미만에서

$\displaystyle f(E (항상 발견된다)

MKLINK
$\displaystyle E>E_F$ - 전도띠,conduction_band
$\displaystyle E - 원자가띠,valence_band

// tmp via https://metar.tistory.com/entry/페르미-준위-간단하게-설명하기
페르미-디랙 분포는
어떤 온도,temperature에서
에너지준위,energy_level $\displaystyle E$ 가 (이게 페르미_준위,Fermi_level? chk)
입자에 의해 채워질 확률을 나타냄.

1.
$\displaystyle E=E_F$ 일 때 $\displaystyle f(E)=1/2$ 즉 50% 확률로 전자 존재. 이건 온도와 무관.

2.
$\displaystyle T=0$ 이고 $\displaystyle E_F\ne 0$ 일 때

$\displaystyle E
$\displaystyle E>E_F \;\:\; f(E)=0$

즉 절대온도 0K에서, 페르미_준위,Fermi_level보다 에너지가

낮은 전자는 100% 확률로 존재하며
높은 전자는 존재할 수 없다

그래서 온도가 높아지면 페르미_준위,Fermi_level보다 높은 준위의 에너지의 전자가 더 많아지는? chk

TBW

페르미 레벨 볼츠만 근사

[edit]

14.2. Fermi-Dirac function ¶

페르미-디랙 함수,Fermi-Dirac_function
페르미-디랙 함수

페르미-디랙_분포,Fermi-Dirac_distribution를 나타내는 함수,function? 확률함수,probability_function?

페르미_함수,Fermi_function와 동의어?
페르미-디랙 함수를 줄여서 페르미 함수라 하는?

// tmp via https://e-funny.tistory.com/entry/3강-페르미-레벨-Fermi-Level과-확률밀도함수
$\displaystyle f(E)=\frac1{1+e^{(E-E_F)/kT}}$
저기서 상태밀도함수 {

상태밀도함수 state_density_function ? } 와의 곱을 볼 수 있음.

// tmp via https://m.blog.naver.com/pk4101/221574963482
하나의 에너지상태,energy_state에 하나의 입자만 존재할 수 있다고 정의한 함수.
기호: $\displaystyle f(E)$
이걸 수식으로 나타내면

$\displaystyle f(E)=\frac1{1+e^{(E-E_F)/kT}}$

여기서

$\displaystyle k$ : 볼츠만_상수,Boltzmann_constant
$\displaystyle T$ : 절대온도,absolute_temperature
$\displaystyle E_F$ : 페르미_에너지,Fermi_energy

[edit]

15. 상태밀도, 상태밀도함수 ¶

// note.txt 상태밀도,state_density 섹션에 작성중.

상태밀도 density of states - DoS
상태,state
밀도,density
분포,distribution??

aka 준위밀도함수? via https://edimecinevery.tistory.com/48

MKLINK
에너지준위,energy_level

에너지준위,energy_level

상태_밀도

http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?no=4467

상태밀도함수

Up: 응집물질물리

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16. 일함수 work function ¶

일함수,work_function or
일함수,workfunction tbd.

기호: $\displaystyle \phi$

금속,metal에서 전자,electron를 떼어내는 데 드는 최소한의 에너지,energy.

compare
전자친화도,electron_affinity -

전자친화도,electron_affinity#s-2(χ)

[edit]

17. 접합 - junction / contact ¶

접합,junction
pn접합 -> 이 페이지 위쪽에. 반도체공학,semiconductor_engineering#s-2
M-S접합

Ohmic_contact
Schottky_contact

[edit]

18. random thermal motion (of electrons) ¶

random_thermal_motion
여기선 전자,electron 얘기.
in 고체,solid? 반도체,semiconductor? 도체,conductor?

$\displaystyle \frac12 mv_{\rm th}^2 = \frac32kT$

이건 대략적인 근사식. 여기서 속도는 수많은 입자들의 평균.
rel. randomness, 열,heat 산란,scattering 전자산란,electron_scattering
thermal energy에 의함.

QQQ heat energy와 동의어인가??

절대영도,absolute_zero가 아니면 항상 이게 있음.
(운동,motion의 brownian 아래에다 추가하려다 말았음)
QQQ 위 brownian이랑 함께 random_motion? 아님 이게 brownian의 일종?
하지만 brown이랑 다른 거 : 이건 전기장 E가 있을 때는 전류가 흐르며 개개 전자는 thermal random motion을 하더라도 전체 평균적으로는 표동/유동 한다. rel. 유동속도,drift_velocity //

유동속도,drift_velocity
E에 의해 가속운동을 하다가 충돌이 일어나면 속도가 0이 되었다가... 를 반복한다.

단순화된 모델(?)에 따르면
평균속도는 유동속도와 같으며 이건 가속도 곱하기 tau.
$\displaystyle v_{\rm avg}=v_{\rm drift} = a\tau$
$\displaystyle \tau$ : 충돌과 충돌 사이 평균 시간 - mean free time

16:00
암튼 전기장이 가해지면,
힘 $\displaystyle F=qE$ 이 생기며, 힘은 $\displaystyle F=ma$ 이고, 여기서 질량을 전자의 유효질량(

유효질량,effective_mass) $\displaystyle m^*$ 이라 하면

$\displaystyle F=qE=m^*a$

따라서 가속도는

$\displaystyle a=\frac{qE}{m^*}$

그래서 drift_velocity 는 위에서 $\displaystyle a\tau$ 였으므로

$\displaystyle v_d=\frac{q\tau}{m^*}E$

$\displaystyle E$ 앞에 붙은 저게 전자의 이동도,mobility. //

이동도,mobility

전자이동도,electron_mobility

$\displaystyle \mu=\frac{q\tau}{m^*}$

위위 식을 다시 쓰면

$\displaystyle v_d=\mu E$

그리고 전류밀도,current_density

전류밀도,current_density 도 보면

$\displaystyle J=qnv_d$
$\displaystyle J=qn\mu E$

여기서 $\displaystyle qn\mu$ 는 컨덕티버티,conductivity

컨덕티버티,conductivity.

$\displaystyle J=\sigma E$

즉 일반화된 옴의 법칙. (curr.

옴_법칙,Ohm_s_law#s-1)

28m
// 슬라이드
drift current due to electrons

$\displaystyle v_{d,n}=-\frac{q\tau_n}{m_n^*}E=-\mu_n E$
$\displaystyle J_{drift,n}=-qnv_{d,n}=-qn(-\mu_n E)=q\mu_n nE=\sigma_n E$

drift current due to holes

$\displaystyle v_{d,p}=\frac{q \tau_p}{m_p^*} E = \mu_p E$
$\displaystyle J_{drift,p} = qpv_{d,p} = qp(\mu_p E) =q\mu_p pE = \sigma_p E$

total drift current is

$\displaystyle J_{drift}=J_{drift,n}+J_{drift,p}$
$\displaystyle =q(\mu_n n + \mu_p p)E$
$\displaystyle =(\sigma_p + \sigma_n)E$
$\displaystyle =\sigma E$

// 칠판
$\displaystyle J=qn\mu_n E + qp\mu_p E$

// via 박재형 https://kocw.net/home/search/kemView.do?kemId=1106251 1. 5:30~

[edit]