반도체 이야기/물리전자공학&반도체소자 15

PN junction- contact potential,Depletion region,Electric field,Capacitance 계산하기

결론부터 보면 PN junction 이해하기 두 타입의 반도체가 접합할 때 diffusion이 일어나 recombination이 발생할 것이다. 결국에 위의 그림과 같이 p형 반도체에서는 음이온 억셉터가 n형 반도체에서는 양이온 도너가 드러나게 된다. 이러한 극성으로 전기장이 형성되는데 p형 반도체와 n형 반도체의 majority carrier(다수 캐리어)의 diffusion을 방해하는 방향으로 생성이 되게 되며 반대로 minority carrier(소수 캐리어)의 diffusion은 잘되게 됩니다. E-field에 의해 생성되는 drift current와 농도차에 의한 diffusion current의 크기가 같아질 때 까지 지속되며 결국 둘의 크기가 같아지는 조건을 만족하게 되면 끝나게 되여 결국 ..

pn junction minority carrier

p형에는 정공 농도가 높고 n형에는 depletion 영역이 계속해서 늘어나게 되지만 diffution을 방해하는 electric field가 생성되어 일정 수준에서 diffution이 멈춘다. Forward bias는 위 반도체의 p쪽에 +전압, n쪽에 -전압을 걸어주는 것 입니다. p쪽에 +전압, n쪽에 -전압을 걸어주게 되면 depletion region과는 반대방향으로 E-field가 형성될 것이고, 따라서 두 전기장이 서로 상쇄되어 depletion region의 전기장은 감소된다고 볼 수 있습니다. 전기장이 줄어들게 되면 depletion region의 전기장에 의해 diffusion 되지 않던 p형 반도체의 정공과 n형 반도체의 전자가 다시 diffusion되게 되고 diffusion cur..

MOSFET의 세가지 상태(Accumulation,Depletion,Inversion)

MOSFET의 세 가지 상태(Accumulation, Depletion, Inversion) mos의 구조 더보기 mos의 구조 Vg(gate Voltage)에 의해서 MOSFET은 세 가지의 상태로 나뉘게 된다. Accumulation Metal의 에너지 다이어그램은 올라가고 실리콘의 에너지 다이어그램은 내려갑니다. 위 실리콘 에너지 다이어그램을 보면 P타입 실리콘인 것을 알 수 있습니다. 그런데 축적 상태가 되니 페르미 레벨이 Ev에 더 가까워져 도핑 농도가 높아진 것 을 볼 수 있습니다. Qm과 Qs는 메탈과 실리콘에 쌓여있는 전하라고 생각하면 됩니다. 도핑 농도가 높아져서 P타입 실리콘에 +전하가 쌓이니 반대편에는 -전하가 쌓입니다. Qs의 오른쪽에는 왜 전하가 없다고 돼 있을까요? 이 것은 홀이..

MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 동작원리

이상적인 경우에는 Metal과 Semiconductor의 vacuum level과 work function(fermi energy) 의 차이가 없어서 energy band가 평평하게 유지 되지만, 실제 device에서도 과연 그럴까요? 실제 소자에서는 metal과 semiconductor의 Fermi energy에 차이가 있다면 이것이 oxide와의 표면에 전하가 쌓이면서 band bending이라는 것이 일어납니다. 실제 소자에서 metal과 semiconductor의 work function, 즉 Fermi level에 차이가 있다면 oxide와의 표면에 전하가 쌓이면서 쌓인 전하들이 만들어낸 전기장에 의해 전압차가 생긴다. MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Eff..

반도체와 p-n 접합(p-n junction) / Ohmic contact & Schottky contact

반도체와 p-n 접합(p-n junction) 1. 반도체는 외부에서 열이나 전압등을 걸어 도체가 되기도, 부도체가 되기도 하는 물질이다. 2. 이러한 특성이 나오는 것은 밴드갭 때문이다. 도핑이 되지 않은 실리콘은 진성 반도체(intrinsic)인데 물성이 좋지 않다는 단점이 있고, 이 단점을 극복하기 위해 도핑을 하게 됩니다. 실리콘보다 전자가 하나 많은 인을 도핑하면 전자가 주된 전하 수송자가 되는 N-type(negative type) 반도체가 되고, 전자가 하나 적은 붕소를 도핑하면 정공이 주된 전하 수송자가 되는 P-type(positive type) 반도체가 됩니다 인을 도핑하여 n-type 반도체로 만들어 주면 전도대 (conduction band)의 바로 아래에 도너 레벨(donor le..

에너지 밴드에 대한 정량적 고찰:E-k 다이어그램 2편

위의 식에서 V0 = 0인 특별한 경우를 살펴보자. 즉 전위장벽이 없는 경우이므로 자유입자에 해당하고 V0일 때 f(αa) = coska 가되어 -1~1 의 값으로 허용값이 제한된다. 이번 포스트에서 중요한것은 결정에서 전자들이 가질 수 있는 허용 에너지밴드들과 가질 수 없는 금지 에너지밴드들이 있다는 것이다. 단결정 격자를 모델링 하기 위해서 1차원 주기 전위함수를 사용한 kroning-penney 모델을 살펴보았다.

에너지 밴드에 대한 정량적 고찰: E-k 다이어그램 1편

단일 전자가 완전 주기적인 격자 사이를 이동하는 것을 생각해 보자. 크로니히-페니 퍼텐셜에 대해 얻어지는 슈뢰딩거 파동방정식의 해는 식(2.1)과 같은 블록함수가 된다. I 영역과 II 영역의 퍼텐셜에너지의 차이가 있기 때문에 영역을 나눠서 파동방정식에 적용할것이다. 총에너지 E 는 파라미터 α에 포함되어있고 bV0는 β에 포함되어있다. 슈뢰딩거 파동방정식의 해는 아니지만 슈뢰딩거 파동방정식이 해를 가질 수 있는 조건을 보여주고 있다. 만약 결정이 무한정 크다고 가정하면, k는 연속적인 값을 가지게 되고, 실수이어야 한다.