코딩게임

Excess Carriers in Semiconductors # 광학적 흡수 반도체의 대역 간극 에너지를 측정하는 중요한 기법은 그 물질의 입사 광자의 흡수이다. 해당 실험에서는, 선정된 파장의 광자를 시료에 쪼여주고, 여러 가지 광자의 상대적인 투과를 관찰한다. 대역 간극보다 큰 에너지의 광자는 흡수되지만 작은 에너지를 갖는 광자는 투과된다. 위 그림에서 볼 수 있듯이, 광학적 흡수에 의해 전도 대역으로 여기 된 전자는, 기존 전도 대역에 있는 전자들 보다 높은 에너지를 가질 것이다. 이후 해당 전자는, 속도가 기존의 전자들의 열적 평형 속도에 도달할 때까지 산란현상을 통해 격자에 에너지를 준다. 해당 흡수과정으로 생성된 전자와 정공은 과잉 캐리어(excess carrier)이다. 과잉 캐리어들은 각각..

Energy Bands and Charge Carriers in Semiconductor #캐리어 농도의 온도 의존성 위 그래프는 10^15도너/cm^3으로 도핑된 Si의 온도 역수의 변화에 따른 캐리어 농도값을 나타낸 그래프이다. 해당 그래프의 x축은 온도의 역수이기 때문에, 값이 증가할수록 온도는 상대적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 먼저 제일 오른쪽의 온도가 제일 낮을 때 발생하는 이온화 영역에 대해 살펴보면, Si는 현재 도너로 도핑이 되어있기 때문에 도너 준위를 가지고 있다. 따라서 해당 영역에서는 도너 준위의 전자들이 전도 대역으로 전이되면서 이온화되어 그래프가 왼쪽으로 증가하는 형태를 보이는 것이다. 다음으로 외인성 영역에서는, 모든 이온화 전자들전도대역으로 전송되고, 캐리어농도 ni가 외..

Energy Bands and Charge Carriers in Semiconductors #유효질량(Effective Mass) 이번에 공부할 내용은 결정 안 전자의 겉보기 질량을 의미하는 유효질량이다. 결정 속의 전자는 완전히 자유로운 것이 아니며, 격자의 주기적인 전위와 상호작용을 하기 때문에, 이 모든 것을 고려한 물리 법칙을 세우고 결과를 예측하는 것이 불가능하다. 따라서 수 많은 원자로부터의 영향을 근사적으로 접근해야 한다. 유효질량의 계산에서는 3차원적인 k-공간에서의 에너지대역 모양을 고려하여 여러가지 대역구조의 적합한 평균을 취해야 한다. 앞서 공부한 챕터에서, 전자의 운동량 p는, p = mv = ℏk 이다. 운동에너지는 E = 1/2mv^2 이기 때문에, mv를 변환하여 E = (ℏk..

Energy Bands and Charge Carriers in Semiconductors #고체에서의 결합력과 에너지 대역 이번 챕터에서는 우선 고체 내에서 어떻게 전류가 흐르는지 공부할 것이다. 전자들은 원자 내에서 일련의 불연속적인 에너지 준위를 가진다. 이 에너지 준위는 전자가 존재할 수 없는 에너지 간극(gap)이 존재하기 때문에, 전자가 취할 수 있는 에너지값의 영역(range), 즉 대역(band)이 존재한다. 고체에서의 결합력 고체에서 인접한 원자의 전자 상호 간의 작용은 결정체의 인력에 중요한 기능을 한다. NaCl과 같은 할로겐 화합물(alkali halide)은 이온 결합(ionic bonding)을 대표한다. 아래 그림 a에서 볼 수 있듯이, NaCl 격자에서 각 Na 원자는 인접한..

Atoms and Electrons #원자와 전자 원자와 전자, 많은 이과 학생들이 화학, 생명과 같은 탐구 과목에서 주로 찾아볼 수 있는 단어들이다. 나 또한 화학을 좋아해서 원자와 전자에 대한 거부감은 전혀 없었고 대다수의 학생들이 그러했다. 하지만 원자와 전자가 화학이 아닌 반도체 소자 과목에서 찾아볼 수 있다는 것이 처음에는 어색하게 다가왔다. 사실 고체 전자 소자의 동작은, 해당 챕터의 전자 이론, 양자역학 및 전자 모형 등과 직접적인 연관이 있다. 전자와 결정격자의 상호작용에 대한 지식 없이 반도체 소자에서 전자의 전이와 같은 행동들을 이해하기는 어려울 것이다. 따라서 해당 챕터에서는, 원자의 전자적 구조와 빛의 흡수와 방출 등의 여기(excitation)를 갖는 원자/전자 간의 상호작용에 대..

1. Crystal Properties and Growth of Semiconductors #Crystal Lattices(결정격자) ch1에서는, 반도체에 대한 간단한 소개와 구조, 성장에 대해 설명하고 있다. 일반적으로 반도체(Semiconductor)는 금속(Metal)과 절연체(Insulator)의 중간 정도의 전기 전도도를 가지고 있는 물질을 말한다. 이들 물질의 전도도(conductivity)는 온도, 여기 상태, 불순물 함유량에 따라 크게 변할 수 있다. 반도체 재료는 일반적으로 주기율표의 14족에 속하는 실리콘(silcon; Si), 게르마늄(germanium; Ge)등의 원소(element) 반도체가 있고, 3족과 5족의 원자들의 화합물에 의해 만들어지는 화합물(compound) 반도체가..

#반도체 소자 #공부를 시작하며 전자공학을 전공하는 학생으로서 반도체란, 피해 갈 수 없는 분야이다. 1학년 때 물리 과목을 시작으로 회로 설계, 신호, 통신 등 많은 전자공학 수업들을 들었지만 가장 일상생활에 근접하게 다가와있고 스펙트럼이 넓은, 매력적인 과목은 반도체라고 생각한다. 단지 경쟁력이 높아서가 아니라, 공부를 함에 있어 보이지 않던 것들이 보이고, 주위 환경을 바라보는 시선이 변화하는 것도 내가 반도체 과목을 수강하고 공부하는 이유이다. #교재 소개 수업에서 사용하는 교재는 왼쪽 'Solid State Electronic Devices'라는 책이고 오른쪽은 번역본의 책이다. 두 가지 모두 같은 내용을 담고 있기 때문에, 공부하기 수월한 책을 선택하여 공부하면 된다. 나는 정확한 이해를 위해..