ÇØÄ¿½ºÀ⠱赿¹Î¼±»ý´ÔÀÇ ¹ÝµµÃ¼Çٽɿϼº°ÀÇ ¼ö°ÇÏ¿´½À´Ï´Ù.
¿À´ÃÀº energy band¿Í fermi level, p-n junctionÀÇ depletion layer ¹× dopin concentrationÀÇ º¯È¿¡ ´ëÇØ ¹è¿ü½À´Ï´Ù.
°ÀÇ Á¦¸ñÀº ¾Æ·¡¿Í °°À¸¸ç Âü°íÇÏ½Ã¸é µÉ °Í °°½À´Ï´Ù!
ÇØÄ¿½ºÀâ [±âº»] 1° [ÇÙ½ÉÀÌ·Ð] energy band¿Í fermi level
ÇØÄ¿½ºÀâ [±âº»] 5° [¹ÝµµÃ¼ ¼ÒÀÚ] p-n junction 1 : Depletion layer / Doping concentration¿¡ µû¸¥ º¯È
±èµ¿¹Î ¼±»ý´Ô °ÀÇ´Â Ç×»ó °ÀÇÀڷḦ ³ª´²Áּż Âü ÁÁÀº °Í °°¾Æ¿ä.
(ÀúÀÛ±Ç ¶§¹®¿¡ °Ô½ÃÇÒ ¼ö°¡ ¾ø³×¿ä ¤Ì¤Ì)
¾Æ¹«·¡µµ Àü°øÀ¸·Î °øºÎÇÏ´ø °ú¸ñÀÌ ¾Æ´Ï´Ù º¸´Ï ÀÌÇØ°¡ ¾È°¡´Â ºÎºÐÀº ´ÙÀ½¿¡ ¶Ç È®ÀÎÇϱâ À§Çؼ ¼±»ý´Ô ¸»¾¸ µéÀ¸¸é¼ ¾öû ÇʱâÇß¾î¿ä.
Áß¿ä³»¿ë Á¤¸®Çص帮°Ú½À´Ï´Ù!
ÇØÄ¿½ºÀâ [±âº»] 1° [ÇÙ½ÉÀÌ·Ð] energy band¿Í fermi level
1. ¹ÝµµÃ¼ÀÇ ÀÌ·ÐÀû ºÐ·ù – ºÒ¼ø¹° doping ¿©ºÎ
- Intrinsic : ºÒ¼ø¹° X
- Extrinsic : n-type, p-type, compensated
2. Energy band
- Á¤ÀÇ : ´Ü ¿øÀÚ »óÅ°¡ ¾Æ´Ñ ¿øÀÚ°¡ Áý´ÜÀ» ÀÌ·ç°í ÀÖÀ» ¶§, ÀüÀÚÀÇ ¿¡³ÊÁö ÁØÀ§ ±¸Á¶
3. Energy band gap
- ½Ç¸®ÄÜ(Si)À» ¿¹½Ã·Î °¡Á¤ÇÑ´Ù¸é, ÃÖ¿Ü°¢ ²®ÁúÀÎ ¼¼ ¹ø° ²®ÁúÀº 3S¿Í 3P·Î ³ª´©¾îÁø´Ù.
- 3S¿¡´Â ÀüÀÚ°¡ 2°³, 3P¿¡´Â ÀüÀÚ°¡ 2°³, state°¡ 4°³ Á¸Àç
- ¿øÀÚ°£ °Å¸®°¡ °¡±î¿öÁú¼ö·Ï 3S¿Í 3P°¡ overlapµÇ¸é¼ electron°ú stateÀÇ ¿¡³ÊÁö ÁØÀ§°¡ ³ª´©¾îÁø´Ù.
- ÀÌ »óÅ¿¡¼ ´õ °¡±î¿öÁö¸é ¿¡³ÊÁö ÁØÀ§°¡ split µÇ¸é¼ electronÀ¸·Î °¡µæ Âù valance band¿Í state¸¸ °¡µæÇÑ conduction band·Î Á¸ÀçÇÏ°Ô µÈ´Ù.
- ±×¸®°í ±× »çÀÌ¿¡´Â electronÀÌ ¾ÈÁ¤ÀûÀ¸·Î Á¸ÀçÇÒ ¼ö ¾ø´Â ±¸¿ªÀÎ band gapÀÌ Çü¼ºµÈ´Ù.
4. Energy band¿¡ µû¸¥ µµÃ¼, ¹ÝµµÃ¼, ºÎµµÃ¼ ºÐ·ù
- µµÃ¼ : conduction band¿Í valance band°¡ overlap µÇ¾î ÀÖ¾î¼ ¾Æ¹«¸® ºÒ¼ø¹°À» ´õ ³Ö¾îµµ µ¿ÀÏÇÑ ¾çÀÇ Àü·ù¸¸ È帣°Ô µÈ´Ù. Áï, Àü±âÀüµµµµ°¡ Á¦¾î°¡ µÇÁö ¾Ê´Â´Ù.
- ¹ÝµµÃ¼ : conduction band¿Í valance band»çÀÌÀÇ °Å¸® Áï, band gapÀÌ ÀûÀýÇÏ°Ô ¶³¾îÁ®ÀÖ¾î¼ ¿Âµµ ȤÀº ºÒ¼ø¹°À» ÅëÇؼ Àü±âÀüµµµµÀÇ Á¦¾î°¡ °¡´ÉÇÏ´Ù.
- ºÎµµÃ¼ : conduction band¿Í valance band»çÀÌÀÇ °Å¸® Áï, band gapÀÌ ³Ê¹« ¸Ö¸® ¶³¾îÁ®ÀÖ¾î¼ ºÒ¼ø¹°À» ³Ö¾îµµ Àü±â°¡ ÅëÇÏÁö ¾Ê´Â´Ù. Àü±âÀüµµµµ Á¦¾î°¡ µÇÁö ¾Ê´Â´Ù.
5. Fermi level
- electron¸¦ ¹ß°ßÇÒ È®·üÀÌ 50%°¡ µÇ´Â °¡»óÀÇ energy level
6. Fermi-Dirac distribution function
- k : Boltzmann »ó¼ö, T : ¿Âµµ(K), E_F : Fermi level
- Fermi-Dirac distribution function¿¡ ÀÇÇؼ fermi levelÀº ¼öÇÐÀûÀ¸·Î °è»êÀÌ ºÒ°¡´ÉÇϱ⠶§¹®¿¡ Àý´ë¿Âµµ 0K¿¡¼ fermi level¿¡ ÀüÀÚ°¡ ¾ó¸¶³ª Á¸ÀçÇÏ´ÂÁö ¾Ë ¼ö ¾ø´Ù. ÇÏÁö¸¸, 0K¿¡ ¾ÆÁÖ ±ÙÁ¢ÇÏ´Â ³·Àº ¿Âµµ¸¦ ´ëÀÔÇϸé 50% ÀÇ È®·üÀ̶ó´Â °ÍÀ» ¾Ë ¼ö Àֱ⠶§¹®¿¡ Àý´ë¿Âµµ 0K¿¡¼ fermi level¿¡ ÀüÀÚ°¡ Á¸ÀçÇÒ È®·üÀº 50%°¡ µÈ´Ù.
7. Carrier concentration
- Equilibrium »óÅ¿¡¼ conduction band ¾ÈÀÇ electronÀÇ ³óµµ or valence band ¾ÈÀÇ hole ³óµµ
ÇØÄ¿½ºÀâ [±âº»] 5° [¹ÝµµÃ¼ ¼ÒÀÚ] p-n junction 1 : Depletion layer / Doping concentration¿¡ µû¸¥ º¯È
1. p-n junction Á¦ÀÛ ¹æ¹ý
- n-type ¶Ç´Â p-type substrate¿¡ ¹Ý´ë ±Ø¼º dopant¸¦ dopingÇÏ¿© Á¦ÀÛ
2. Depletion layerÀÇ Á¤ÀÇ ¹× Çü¼º¿ø¸®
- Á¤ÀÇ : ÀüÀÚ°¡ diffusion¿¡ ÀÇÇØ ¿òÁ÷ÀÌ´Â Èû°ú field¿¡ ÀÇÇØ ¿òÁ÷ÀÌ·Á´Â ÈûÀÌ µ¿ÀÏÇØÁö´Â ±¸°£
- Çü¼º¿ø¸® : majority carrierÀÇ diffusion ¹× ³²°ÜÁø ÀüÇÏ¿¡ ÀÇÇØ Çü¼ºµÈ E-fieldÀÇ ¿µÇâÀ¸·Î Çü¼º.
3. Doping concentration¿¡ µû¸¥ depletion layer width º¯È
- E=V/d ( E : Electric field, V : Voltage(built in voltage), d : Distance (depletion width)
- depletion layer¸¦ À¯ÁöÇÒ ¼ö ÀÖ´Â E-field¸¦ ¸¸µé±â À§Çؼ´Â majority carrier°¡ À̵¿ÇØ¾ß ÇÑ´Ù.
- p-typeÀÇ °æ¿ì ³óµµ°¡ ³ô±â ¶§¹®¿¡ Á¼Àº °Å¸®¸¦ À̵¿Çصµ ÃæºÐÇÏ´Ù.
- ¹Ý¸é¿¡ n-typeÀÇ °æ¿ì ³óµµ°¡ ³·±â ¶§¹®¿¡ »ó´ëÀûÀ¸·Î ´õ ¸Õ°Å¸®¸¦ À̵¿ÇؾßÇÑ´Ù.
- °á±¹ µµÇÎÀÌ Àû°ÔµÇ¸é Àû°ÔµÉ¼ö·Ï depletion layerÀÇ width°¡ ³Ð¾îÁö°Ô µÇ´Â °ÍÀÌ´Ù.
Áß¿ä ³»¿ëµéÀ» Àû¾îº¸¾Ò±¸¿ä. ±èµ¿¹Î ¼±»ý´Ô °ÀÇ´Â µéÀ» ¶§¸¶´Ù ¸¸Á·ÇÏ´Â °Í °°½À´Ï´Ù! óÀ½ µè´Â »ç¶÷µµ ÀÖ´Ù´Â °É ¿°µÎ¿¡ µÎ°í °ÀÇÇϼż ±×·±Áö Á¤¸» ¼¼ºÎÀûÀ¸·Î Àß ¼³¸íÇØÁֽô °Í °°¾Æ¿ä. ƯÈ÷, ÀÌÇØ°¡ °¡±â ¾î·Á¿î ºÎºÐÀ» ÀûÀýÇÑ ¿¹½Ã¸¦ µé¾î¼ ¼³¸íÇØÁÖ½Ã´Ï ÈξÀ ÀÌÇØ°¡ Àß °©´Ï´Ù!
±èµ¿¹Î ¼±»ý´ÔÀÇ Æ®·¹ÀÌµå ¸¶Å©?¶ó ÇؾßÇÒ±î¿ä
¿À´Ã µÎ °³ÀÇ °ÀÇ Self-assessmentÀÔ´Ï´Ù.
1. SiÀÇ Energy band structure¿¡ ´ëÇØ ¼³¸íÇϽÿÀ.
2. Fermi levelÀÇ Á¤ÀÇ¿Í ¹°¸®Àû Àǹ̿¡ ´ëÇØ ¼³¸íÇÏ°í, ¿Âµµ¿¡ µû¸¥ Â÷ÀÌÁ¡¿¡ ´ëÇÏ¿© ¼³¸íÇϽÿÀ.
3. p-n junction¿¡ µû¸¥ Depletion layer°¡ »ý±â´Â ¿ø¸®¿Í, ±×¿¡ µû¸¥ energy band º¯È¿¡ ´ëÇÏ¿© ¼³¸íÇϽÿÀ.