반도체공학

5장 전하의 이동과 전류의 형성

반도체 소자 및 반도체 집적회로의 전기적 특성 ( I-V 특성)을 결정하는 요인은 다음과 같다.

- 반도체 재료의 종류

- 동작 온도등의 환경

- 제조공정 ( 불순물 주입의 종류와 농도, 열처리등)

- 전류가 흐르는 수직 단면적 크기

- 기하학적 구조 (소자의길이 , 두께, 접합의 형태등)

- 인가한 전압 (V)

반도체의 전기적 특성을 나타내는 전류밀도 J (A/cm2) 는 3가지 요소에 의해 결정

1. Q - 전류형성에 기여하는 전하는 어떤 전하를 띠고 있는가 

2. N - 전류형성에 기여하는 전하의 단위체적당 농도는 얼마인가?

3. ν - 어떤 이동과정에 의해 얼마나 빨리 이동하는가 ?

전하가 이동하여 전류를 형성하는 원인(mechanism)에 따라 반도체내의 전류요소를 구분하면 다음과 같다.

1. 전계에 의해 이동하ㅡㄴ 전자와 정공에 의한 드리프트전류 

2. 공간적 농도 분균일에 의한 이동하는 전자와 정공에 의한  확산전류

3. 전자와 정공의 생성및 재결합에 의한 전류

4. 전자와 전류의 터널링에 의한 전류

드리프트 전류가 전기적 특성을 결정하는 반도체 소자로는 pn접합을 이용하지 않는 균질 반도체와 MOSFET을 포함한 전계효과 트랜지스터(FET)가 있다.

드리프트 전류가 전기적 특성을 결정하는 반도체 소자는 일반적인 특성 다음 형태가 대부분이다.

1. 전자 또는 정공의 한가지 종류가 전기적 특성을 지배하는 유니폴라(unipolar)소자다.

2. 접합과 평행한 방향으로 전하가 이동하고 전류가 형성된다.

3. 전류는 인가전압의 1차하무 또는 2차함수의 형태이다.

전자와 정공의 분포가 공간적으로 불균일하여 형성되는 확산 전류가 전기적 특성을 결정하는 반도체 소자로는 pn 접합 다이오드 (태양전지 , 광다이오드 , 발광다이오드, 레이저 다이오드 포함)와 바이폴라 트랜지스터 (BJT)가 있다.

확산전류가 전기적 특성을 결정하는 소자는 일반적으로 대부분 다음과 같은 특성을 갖는다

1. 전자와 정공이 모두 전기적 특성을 결정하는 바이폴라 (bipolar) 소자다.

2. 접합과 수직방향 또는 접합을 가로질러 전하가 이동하여 전류가 형성된다.

3. 전류는 일반적으로 인가전압의 지수함수 형태다.

7장 반도체 접합의 형성과 에너지 대역도

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