물질,substance,matter이나 재료,material 중에서 반도체가 될 수 있는 것의 구분 기준은 비저항,resistivity(ρ)이다.
(또는 비저항의 역수인 컨덕티버티,conductivity(σ))
(또는 비저항의 역수인 컨덕티버티,conductivity(σ))
또는 띠,band 간격에 따라 (어떤게 더 정확?)
전도대conduction_band와 가전자대valence_band 사이 띠 틈이
Semiconductor materials:
원소: Si, Ge
화합물: GaAs, InP
광 관련(LED, laser)등에는 화합물 반도체가 쓰인다.
(via 김명식 1. 3:30)
전도대conduction_band와 가전자대valence_band 사이 띠 틈이
없으면 (i.e. 전도대와 가전자대가 겹치면) (금지대forbidden_band가 없음) - 도체
금지대가 ≒ 1eV 정도이면 - 반도체
금지대가 > 5eV 정도이면 - 부도체 .... CHK
금지대가 ≒ 1eV 정도이면 - 반도체
금지대가 > 5eV 정도이면 - 부도체 .... CHK
비저항으로 물질을 분류 | 비저항 값 (단위 Ω cm) | 물질 분류 | 전도도로 물질을 분류 |
low resistivity | 10-5 ~ 10-6 정도 | conductor | high conductivity |
high resistivity | 1014 ~ 1018 정도 | insulator | low conductivity |
intermediate resistivity | 10-3 ~ 103 정도 | semiconductor | intermediate conductivity |
Semiconductor materials:
Elemental: Si, Ge, C 등
Compound: GaAs, SiGe, CdSe 등
Alloy: SixGe1-x 등
많이 언급되는 물질은 4족 원소와 3/5족 화합물.Compound: GaAs, SiGe, CdSe 등
Alloy: SixGe1-x 등
원소: Si, Ge
화합물: GaAs, InP
광 관련(LED, laser)등에는 화합물 반도체가 쓰인다.
(via 김명식 1. 3:30)
Si : 낮은 이동도
Ge : 온도에 민감
GaAs : 높은 이동도, 고속의 고주파회로에 사용
Ge : 온도에 민감
GaAs : 높은 이동도, 고속의 고주파회로에 사용
Silicon
Si, 원자번호 14, 특히 최외각전자 4개가 중요, 3s 3p 오비탈.
Si crystal structure에서 각 Si 원자는 4개의 가장 가까운 이웃을 가짐.
diamond cubic lattice의 한 변의 길이 즉 lattice constant = 0.543 nm
Si 원자에 Ga, As 등이 들어간 그림과 III-V compound semiconductor는 zincblende구조를 가진다는 것을 언급.
[1]
// 규소,silicon
Si, 원자번호 14, 특히 최외각전자 4개가 중요, 3s 3p 오비탈.
Si crystal structure에서 각 Si 원자는 4개의 가장 가까운 이웃을 가짐.
diamond cubic lattice의 한 변의 길이 즉 lattice constant = 0.543 nm
Si 원자에 Ga, As 등이 들어간 그림과 III-V compound semiconductor는 zincblende구조를 가진다는 것을 언급.
[1]
// 규소,silicon
Si의 경우 104 Ω cm 정도로 약간 높은 편이다. 하지만 이것에 불순물을 주입하여 resistivity값을 백만배 정도 스케일로 조절할 수 있다.
Si에는 charge carrier(전하,electric_charge 캐리어,carrier)가 두 종류가 있다.
- conduction electrons - 전자,electron
- holes - 양공,hole
- dopant 주입으로 전자나 양공의 농도 바꾸기
- E field(전기장,electric_field) 인가
- 온도,temperature 바꾸기
- 방사선 조사 (irradiation) - 방사선,radiation
1 cm3 당 들어 있는 conduction electron의 개수는 약 100억개. 이 값을 로 쓴다. i의 뜻은 intrinsic(순수한, pure, 진성의)이다. 온도 300 K 정도에서,
: number of electrons/cm3
: number of holes/cm3
: intrinsic carrier concentration
: number of holes/cm3
: intrinsic carrier concentration
그림 x 축에서 isolated Si atoms는, 두 Si 원자 사이의 거리가 충분히 길 때, 상호 작용이 없음을 뜻함. p, s는 3p, 3s를 뜻함.
두 Si의 간격을 좁혀가면 오른쪽으로 가면서, 다양한 에너지준위,energy_level(=energy state)들이 생겨남. 그리고 가능하지 않은 energy state가 중간에 생겨난다. (오른쪽으로 가면서 갈라진 부분.)
비슷한 energy level이 모여 있는 것을 띠,band라고 한다. 그리고 그림에서 x축이 Si lattice spacing일 때, (Si 원자가 충분히 가까워졌을 때,) 아래쪽 band를 valence band라고 하고 위쪽 band를 conduction band라고 한다.
Energy band diagram. y축을 전자 에너지로 할 때, conduction band에서 가장 낮은 에너지(Ec)를 위쪽 선으로, valence band에서 가장 높은 에너지(Ev)를 아래쪽 선으로 그리는 경우가 많다. (모든 state를 다 그리는 것은 번거롭기 때문에.) 그리고 이 둘의 차이를 band gap이라고 한다. Si의 경우 이 값은 1.12 eV = 1.6×10-19 J 정도.
[3]
[3]
용어 ¶
공핍(depletion) : 영어사전 의미는 "고갈, 소모", 유의어 exhaustion
공핍층, 공핍 영역(depletion region) depletion_region
{
캐리어,carrier가 없다는 뜻
공핍층, 공핍 영역(depletion region) depletion_region
{
캐리어,carrier가 없다는 뜻
둘 다 silicon crystal속에 소수의(Si 원자 수에 비하면 매우 적은) 불순물을 첨가함.
donors/cm3 15P(인,phosphorus), 즉 n-type dopant(donor, 전자 주개,donor 역할) 첨가하면 n-type_semiconductor 이 됨.
acceptors/cm3 5B(붕소,boron), 즉 p-type dopant(acceptor, 전자 받개,acceptor 역할) 첨가하면 p-type_semiconductor 이 됨.
donors/cm3 15P(인,phosphorus), 즉 n-type dopant(donor, 전자 주개,donor 역할) 첨가하면 n-type_semiconductor 이 됨.
acceptors/cm3 5B(붕소,boron), 즉 p-type dopant(acceptor, 전자 받개,acceptor 역할) 첨가하면 p-type_semiconductor 이 됨.
원자가전자 4개인 Si, Ge 같은 것에
p형반도체는 3가,
n형반도체는 5가,
p형 반도체: 원자가전자 3개인 Al(알루미늄), B(붕소,boron), In(인듐,indium) 등을 첨가
n형 반도체: 원자가전자 5개인 P(인), As(비소), Sb(안티모니) 등을 첨가
원자가,valence가n형 반도체: 원자가전자 5개인 P(인), As(비소), Sb(안티모니) 등을 첨가
p형반도체는 3가,
n형반도체는 5가,
p-형 반도체 p-type_semiconductor
n-형 반도체(n-type_semiconductor)
p형 반도체: hole 농도가 electron 농도보다 매우 높다. (양공이 majority carrier, 전자가 minority carrier)
n형 반도체: electron 농도가 hole 농도보다 매우 높다. (전자가 majority carrier, 양공이 minority carrier)
n-형 반도체(n-type_semiconductor)
p형 반도체: hole 농도가 electron 농도보다 매우 높다. (양공이 majority carrier, 전자가 minority carrier)
n형 반도체: electron 농도가 hole 농도보다 매우 높다. (전자가 majority carrier, 양공이 minority carrier)
n형 반도체 | p형 반도체 | |
주로 ..에 의해 전류가 흐름 (즉 majority carrier가 뭐냐면) | 전자,electron | 양공,hole(=정공) |
다수캐리어 (이 표 바로 위 row의 반복) | 전자 | 양공 |
소수캐리어(minority carrier) | 양공 | 전자 |
주위에 ...를 제공 | 자유전자,free_electron | 양공,hole |
by | 주개,donor(여분의 자유전자를 제공하는 5족 원소)에 의해 | 받개,acceptor(여분의 hole을 제공하는 3족 원소에 의해) |
전자밀도와 정공밀도의 곱은 doping 수준과 관계 없이 항상 진성반도체 전자밀도의 제곱과 같다는 이 성립하며,
p형 반도체의 majority carriers | |
p형 반도체의 minority carriers | |
n형 반도체의 majority carriers | |
n형 반도체의 minority carriers |
이것들을 접합시켜서,
pn접합,p-n_junction
tmp , CHK and mv ¶
SiO2는 Si에 비해 9배 정도의 band gap energy를 가짐
//see 띠,band for band gap
최외각전자(see 전자,electron) | ||
Si | 4개 | |
acceptor | 3개 | P형 |
donor | 5개 | N형 |
최외각 전자가 3개인 불순물 | acceptor | P형 반도체 |
최외각 전자가 5개인 불순물 | donor | N형 반도체 |
용어 ¶
TODO 용어 정리할 것... mostly from naver 전기용어사전=전용사. 좀 옛날 용어를 쓰는 듯. TMP. CLEANUP. Compiled at 2020-10-22
{
{
양공,hole
양공 positive hole 정공 hole
캐리어 carrier //.. mv to 캐리어,carrier?
depletion_layer
공핍층 depletion layer
진성반도체,intrinsic_semiconductor
진성: intrinsic
진성반도체는 그 자체로는 별 쓸모가 없고, 소량의 불순물(dopant) - 3족 원소나 5족 원소 - 를 첨가해 각각 p형과 n형을 만들면 적은 에너지로도 전류가 흐르는 물질을 만들 수 있음
진성반도체의 자유전자,free_electron의 전자농도/전자밀도는 (rel. 전자,electron 밀도,density 농도,concentration) 온도,temperature에 관계되며 식은 이렇게 생겼다.
cf. Si은 5×1022 atoms/cm3
aka pure semiconductor
진성_반도체
양공 positive hole 정공 hole
캐리어 carrier //.. mv to 캐리어,carrier?
depletion_layer
공핍층 depletion layer
캐리어(전자 or 정공)이 존재하지 않는 영역
pn접합,p-n_junction 판도체의 정상상태의 접합면 같이.
AKA 장벽층 barrier layer
src 전용사
see also 전용사: 터널 효과
진성반도체 = 순수한 물질로 이루어진 반도체pn접합,p-n_junction 판도체의 정상상태의 접합면 같이.
AKA 장벽층 barrier layer
src 전용사
see also 전용사: 터널 효과
진성반도체,intrinsic_semiconductor
진성: intrinsic
진성반도체는 그 자체로는 별 쓸모가 없고, 소량의 불순물(dopant) - 3족 원소나 5족 원소 - 를 첨가해 각각 p형과 n형을 만들면 적은 에너지로도 전류가 흐르는 물질을 만들 수 있음
진성반도체의 자유전자,free_electron의 전자농도/전자밀도는 (rel. 전자,electron 밀도,density 농도,concentration) 온도,temperature에 관계되며 식은 이렇게 생겼다.
ni = 5.2×1015 T3/2 exp((−Eg)/(2kT)) electrons/cm3
온도에 따른 예를 들면ni(T=300K) = 1.08×1010 electrons/cm3
ni(T=600K) = 1.54×1015 electrons/cm3
(뻔한 사실 remind:) 전자는 원래 원자에 속박되어 있는데 가전자대(=가전자띠=원자가띠,valence_band)에 있는 전자가 띠틈에너지,bandgap_energy(이상?)를 받아 전도띠,conduction_band로 올라가기 위해서는 즉 자유전자,free_electron가 되기 위해서는 에너지를 받아야 하는데 그 중 하나가 주변 온도,temperature가 올라가는 것...? CHKni(T=600K) = 1.54×1015 electrons/cm3
cf. Si은 5×1022 atoms/cm3
aka pure semiconductor
진성_반도체
불순물을 첨가한 것은 extrinsic
번역? 보이는 것들은 외인성, 불순물(wpko), 비고유(wpko), ...
extrinsic_semiconductor
n형반도체 n-type_semiconductor
{
N형_반도체
... n-type semiconductor
}
p형반도체 p-type_semiconductor
{
P형_반도체
... p-type semiconductor
}
불순물_반도체
번역? 보이는 것들은 외인성, 불순물(wpko), 비고유(wpko), ...
extrinsic_semiconductor
n형반도체 n-type_semiconductor
{
N형_반도체
... n-type semiconductor
}
p형반도체 p-type_semiconductor
{
P형_반도체
... p-type semiconductor
}
불순물_반도체
불순물의 다른 영어표현은: impurity
도핑(doping)에 쓰이는 불순물은 도판트(dopant, doping agent)
acceptor : 양공,hole을 잃으면서 음이온
ex. 추가적인 전자를 주기 위한 phosphorus, ...
donor : 전자,electron를 잃으면서 양이온acceptor : 양공,hole을 잃으면서 음이온
}
EHP electron-hole_pair
{
electron-hole pair, EHP
자유전자-양공 쌍
자유전자-정공 쌍
{
electron-hole pair, EHP
자유전자-양공 쌍
자유전자-정공 쌍
rel; mklink ¶
반도체의 분류:
메모리,memory반도체
진성반도체 - 불순물이 섞이지 않은
p형반도체
메모리,memory반도체
- DRAM
- SRAM
- flash_memory
- CPU
- GPU
- NPU
- image_sensor
- ....
진성반도체 - 불순물이 섞이지 않은
MKLINK 진성캐리어 - 진성캐리어,intrinsic_carrier - 캐리어,carrier
n형반도체TBW
진성캐리어의 상대이동도 { relative_mobility 이동도,mobility#s-1.3 } ... 물질에 따른
MKLINK
진성캐리어농도,intrinsic_carrier_concentration - 진성캐리어,intrinsic_carrier 농도,concentration
진성캐리어의 상대이동도 { relative_mobility 이동도,mobility#s-1.3 } ... 물질에 따른
MKLINK
진성캐리어농도,intrinsic_carrier_concentration - 진성캐리어,intrinsic_carrier 농도,concentration
p형반도체
tmp links ko ¶
비전공자 작성이라 읽기 편함
기초
1 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222025740295
2 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222026087252 energy band, band gap
3 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222025740295 fermi-dirac분포
4 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222028252978 carrier
5 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222028910845 doping, p, n
6 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222030113400 pn junction, diode
7 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222031182214 transistor
제조공정
1 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222092472935
기초
1 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222025740295
2 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222026087252 energy band, band gap
3 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222025740295 fermi-dirac분포
4 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222028252978 carrier
5 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222028910845 doping, p, n
6 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222030113400 pn junction, diode
7 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222031182214 transistor
제조공정
1 https://m.blog.naver.com/dlwnsqud123/222092472935