공돌이 재테크 창고

고체 유전체 재료의 성질은 원자 간을 화학적으로 결합하는 힘과 결합에너지를 관찰함으로써 이해할 수 있다. 만약 두 개의 원자가 초기에는 고립된 상태로 있다가 무한히 먼 거리에서 점점 서로 가까워지고 있다면, 원자가 서로 무한히 먼 거리에 떨어져 있을 때 상호작용하는 힘은 아주 미약할 것이다. 원자가 상호 가까워질수록 그 힘은 인력(attractive force)과 척력(repulsive force)의 상반된 힘이 작용하게 되고, 각각의 힘의 크기는 원자간 거리의 함수로 나타나게 되어 그들 상호 간의 작용은 원자의 에너지 준위를 분리한다. 실제 고체 유전체 재료에서처럼 매우 많은 원자가 극히 작은 거리에 있을 때, 전자는 자신이 속해 있는 원자핵만이 아니고 인접한 원자핵의 영향도 동시에 받게 되어 에너지 ..

반도체 내에 특수한 상태를 형성시키는 게이트 전압들에 대해서 알아보자. 또한, 이상화된 소자가 아니라 실제적인 MOS 구조에 대해서도 고려해보자. 전압이나 전위차와 함께 전기장은 MOS 소자에서 중요한 의미가 있다. Poisson의 방정식에서 전기장이 전위의 변화율에 비례하였음을 상기해보자. 전자의 에너지는 E = -e*(일 함수)로 주어진다. 따라서 전기장과 에너지 사이의 관계식은 에너지 대역이 구부러지면 전기장이 형성되게 되며, 역으로 전기장이 존재하면 에너지 대역에 구부러짐이 있어야 함을 간단히 설명하고 있다. [일 함수의 차이] 반도체 물질에서의 에너지 밴드 모식도에 대해 다루어보자. 그 전에, 일 함수와 관련하여 몇 가지 암기 사항이 있다. 금속의 일 함수는 물질마다 고유의 값을 가지며, 콰이는..

[역사적 시각] 게이트 전압(전기장 효과)으로 전류의 흐름을 제어한다는 착상은 1926년 Julius Lilienfeld에 의해 제안되었다. 그러나 당시에는 그 생각대로 동작하는 소자를 만들 기술이 존재하지 않았다. 1960년 D.Kang과 M.Atalla가 MOSFET을 제작, 보고하였으며, 1962년에는 16개의 MOS 트랜지스터로 구성된 MOS IC가 제작되었다. NMOS와 PMOS 두 소자 모두를 포함하는 CMOS의 개념은 1963년에 F.Wan lass와 C.Sac에 의해 제안되었다. 최초의 마이크로프로세서는 1971년 M.Hoff 등에 의해 만들어졌다. 이 소자에서 간단한 형태의 중앙 처리 장치 전체가 한 개의 칩 위에 만들어졌다. 이 IC는 2,300개의 MOSFET을 포함하고 있었으며, I..

접촉들이 어떤 반도체 소자 혹은 집적회로와 외부세계 사이에 반드시 만들어져야 한다. 이와 같은 접촉들은 옴 접촉을 통하여 이루어진다. 옴 접촉들은 금속-반도체 접촉들이지만, 이때 그들은 정류설 접촉이 아니다. 옴 접촉은 금속과 반도체 사이에 양방향으로 전기 전도성을 갖는 낮은 저항 접합이다. 이상적이면 옴 접촉을 통하여 흐르는 전류는 공급된 전압에 선형 함수이며, 공급된 전압은 매우 작아야 한다. 두 가지 일반적 형태의 옴 접속이 가능하다. 첫 번째 형태는 이상적인 비장류형 장벽이며 두 번째는 터널링 장벽이다. 금속-반도체 접촉에서 열평형 상태에 도달하려고 전자들이 금속으로부터 반도체의 낮은 에너지 준위로 흘러 들어갈 것이며, 이것은 반도체 표면을 더욱 n형으로 만든다. n형 반도체 내의 과잉 전자전하는..

예리한 선을 셀레늄 위에 누름으로써 정류형 접촉이 형성될 수 있다는 것이 오래전 알려졌다. 더욱더 신뢰성 있는 접촉은 알루미늄과 같은 금속을 반도체 표면에 증착함으로써 만들 수 있었다. 이런 종류의 접합은 일반적으로 쇼트스키 장벽 접합, 혹은 단지 쇼트스키 접합이라고 알려져 있다. [쇼트스키 장벽] 바이어스가 없는 상태에서 금속-반도체 정류형 접촉, 혹은 쇼트스키 장벽 접합을 생각해보자. 대부분은 정류형 접촉들은 n형 반도체로써 만들어진다. 따라서, n형 접촉에 관하여 집중적으로 다루기로 하겠다. 특수 금속과 n형 반도체와의 접촉을 만들기 전 이상적인 에너지 밴드 다이어그램이 있다. 진공 준위가 기준 준위로 사용되었다. 접촉 전에는 반도체의 페르미 준위가 금속의 페르미 준위보다 위에 있었다. 열평형 상태..

[역사적 시각] 1874년경에 금속 선을 황화금속(예를 들면 황철광) 표면에 눌러 붙이어 정류기를 만들 수 있었던 것이 관측되었다. 이들 정류기(고양이 콧수염 정류기)는 초창기 라디오에 사용되었다. 1935년까지 셀레늄 정류기들과 실리콘 점 접촉 다이오드들이 사용됐다. 그러나 이런 소자들은 신뢰성이 없었다. Purdue University와 Bell Labs. 들이 2차 세계대전 동안에 레이더 시스템에 사용된 게르마늄 다이오드를 생산했었다. 1949년에 W. Shockley가 pn 접합의 특성을 기술한 그의 논문을 발표했었다. [현대적 시각] pn 접합은 반도체 소자의 기본적 기초 요소로 지속하여 오고 있으며, pn 접합 이론은 아직 반도체 소자 물리학의 기초가 되어 있다. pn 접합은 그 자체가 비선형..

● 생성(generation) - 전자와 정공들(carrier)이 만들어지는 과정 ● 재결합(recombination) - 전자와 정공들(carrier)이 없어지는 과정 열평형 상태로부터 이탈은 반도체 내에 전자와 정공 농도의 변화를 가져오려고 한다. 예를 들면 갑작스러운 온도 상승은 열적 전자와 정공의 생성률을 증가시켜서 새로운 평형값에 도달할 때까지 변화하려고 한다. 빛(광자들의 플럭스)과 같이 외부적인 여기는 역시 전자와 정공들을 생성하여 비평형상태를 만들 수 있다. 생성과 재결합을 이해하기 위하여, 우선 직접적인 밴드와 밴드 간의 생성과 재결합을 고려하고, 다음으로 밴드 격차 내에 있는 트랩들이나 재결합 센터들이라고 하는 허용된 전자 에너지 상태들의 효과에 관하여 고려하려고 한다. [열평형 상태에..

반도체에 전류를 유기할 수 있는 drift에 더하여 두 번째 기구가 있다. 고전 물리적 예로써 용기가 얇은 막에 의하여 두 칸으로 분리되어 있다고 생각할 수 있다. 왼쪽은 어떤 특정 온도에서 기체 분자를 포함하고 있고 오른쪽은 처음에 비어있다. 기체 분자들은 연속적인 무작위 열운동을 하여 얇은 막이 부러지면 오른쪽 칸을 향하여 기체 분자들의 net current가 일어나게 된다. Diffusion이란 높은 농도의 영역에서 낮은 농도의 영역으로 입자들이 흐르는 과정을 말한다. 만약 기체 분자들이 전기적으로 대전 되어 있으면 순 전하 흐름은 diffusion 전류를 유발한다. [diffusion current density] 반도체에서의 확산 과정을 이해하기에 앞서 전자 농도가 1차원상에서 변화한다고 가정한..

[역사적 시각] 옴의 법칙은 1826년 Georg Simon Ohm에 의해 만들어졌으며 저항, 전압, 전류의 중요한 전기적 상관관계를 나타내주고 있다. 그런데 전자는 1890년대까지도 발견되지 않았다. 프랑스 물리학자 Jan Baptiste Perrin이 진공관 속에서의 전류는 음전하 입자들로 구성되어 있다는 사실을 보여주었다. 1900년대 초엽 금속 내부의 전자들은 전압이 인가될 때 자유롭게 움직인다는 생각이 금속에서의 전류 메커니즘으로서 연구됐다. 1928년에 Felix Bloch가 양자역학을 주기적 위치 함수에 적용하여 주기적인 결정체 속에서의 자유전자에 관한 개념을 보여주었다. 반도체에서 전자와 정공들의 이동은 반도체 소자 성능을 좌우하는 중요한 성질이다. [Carrier drift] 반도체에 인..

[도핑 농도 및 온도에 따른 EF의 변화] 페르미 에너지 준위의 위치를 도핑 농도의 함수로 그려볼 수 있다. 도핑이 증가하면 n형의 경우는 conduction band 쪽으로, p형의 경우는 valence band 쪽으로 페르미 에너지 준위가 접근한다. 페르미 에너지 준위에 대한 식은 볼츠만 근사를 가정한 것임을 기억하자. 페르미 에너지와 온도와의 관계를 살펴보자. 진성 carrier 농도 Ni는 온도에 따라 큰 영향을 받고 따라서 EF도 온도의 함수가 된다. Si에서 몇 가지 donor 및 억셉터 농도에 대해 온도에 따른 페르미 에너지 준위의 변화를 생각해보자. 온도가 올라가면 Ni도 커지고 EF는 진성 페르미 준위로 접근한다. 고온에서는 반도체가 불순물 반도체로서의 특성을 잃고 진성 반도체처럼 행동하..