#noindex [[물질,substance,matter]]이나 [[재료,material]] 중에서 '''반도체'''가 될 수 있는 것의 구분 기준은 [[비저항,resistivity]](ρ)이다. (또는 비저항의 역수인 [[컨덕티버티,conductivity]](σ)) 또는 [[띠,band]] 간격에 따라 ''(어떤게 더 정확?)'' 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 ||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 ||10^^14^^ ~ 10^^18^^ 정도 ||insulator ||low conductivity || ||intermediate resistivity ||10^^-3^^ ~ 10^^3^^ 정도 ||'''semiconductor''' ||intermediate conductivity || Semiconductor materials: Elemental: Si, Ge, C 등 Compound: GaAs, SiGe, CdSe 등 Alloy: Si,,x,,Ge,,1-x,, 등 많이 언급되는 물질은 4족 원소와 3/5족 화합물. 원소: Si, Ge 화합물: GaAs, InP 광 관련(LED, laser)등에는 화합물 반도체가 쓰인다. (via [[http://kocw.net/home/cview.do?cid=d9a8ec23184bab7b 김명식]] 1. 3:30) Si : 낮은 이동도 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 Google:zincblende 구조를 가진다는 것을 언급. [* Prof. Changhwan Shin, [[http://www.kmooc.kr/courses/course-v1:UOSk+UOS01+2018_1/courseware/31707ce0c39e440894f9334158d386af/9e497623a1ec4c649306927af8429181/?child=first 1-2]] ] // [[규소,silicon]] Si의 경우 10^^4^^ 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]] 전류나 저항 값을 제어하는 방법은 * dopant 주입으로 전자나 양공의 농도 바꾸기 * E field([[전기장,electric_field]]) 인가 * [[온도,temperature]] 바꾸기 * 방사선 조사 (irradiation) - [[방사선,radiation]] 순수한 Si 결정에서 전자가 하나 빠져 나오면 반드시 hole도 같이 발생한다. 그래서 EHP(electron-hole pair)란 말을 쓴다. 1 cm^^3^^ 당 들어 있는 conduction electron의 개수는 약 100억개. 이 값을 $n_i$ 로 쓴다. i의 뜻은 intrinsic(순수한, pure, 진성의)이다. 온도 300 K 정도에서, $n_i=10^{10}$ $n$ : number of electrons/cm^^3^^ $p$ : number of holes/cm^^3^^ $n_i$ : intrinsic carrier concentration In a pure semiconductor, $n=p=n_i$ [* Prof. Changhwan Shin, [[http://www.kmooc.kr/courses/course-v1:UOSk+UOS01+2018_1/courseware/70d9bd9fd04241ebb8125bfc58faba4f/312a7db729194188addf65e2f9774521/?child=first 2-1]] ] https://i.imgur.com/Pp44yxT.png 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,band]]라고 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(E,,c,,)를 위쪽 선으로, valence band에서 가장 높은 에너지(E,,v,,)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. [* Prof. Changhwan Shin, [[http://www.kmooc.kr/courses/course-v1:UOSk+UOS01+2018_1/courseware/70d9bd9fd04241ebb8125bfc58faba4f/18ebb74c9e9f42418b314b97a35fd3d8/?child=first 2-2]] ] ---- = 용어 = 공핍(depletion) : 영어사전 의미는 "고갈, 소모", 유의어 exhaustion 공핍층, 공핍 영역(depletion region) depletion_region { [[캐리어,carrier]]가 없다는 뜻 https://everything2.com/title/depletion+region Google:depletion_region Naver:depletion_region Bing:depletion_region } ---- [[도핑,doping]] 극소량의 [[불순물,impurity]]을 첨가(주입)하여 [[결정,crystal]]의 성질을 변화시키는 것 [[intrinsic_semiconductor]]에 '''도핑'''을 한 결과물이 [[extrinsic_semiconductor]]. 둘 다 silicon crystal속에 소수의(Si 원자 수에 비하면 매우 적은) 불순물을 첨가함. $N_D$ donors/cm^^3^^ ,,15,,P([[인,phosphorus]]), 즉 n-type dopant(donor, 전자 [[주개,donor]] 역할) 첨가하면 n-type_semiconductor 이 됨. $N_A$ acceptors/cm^^3^^ ,,5,,B([[붕소,boron]]), 즉 p-type dopant(acceptor, 전자 [[받개,acceptor]] 역할) 첨가하면 p-type_semiconductor 이 됨. 원자가전자 4개인 Si, Ge 같은 것에 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,valence]]가 p형반도체는 3가, n형반도체는 5가, p-형 반도체 p-type_semiconductor https://everything2.com/title/p-type+semiconductor n-형 반도체(n-type_semiconductor) https://everything2.com/title/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 $np=n_i^2$ 이 성립하며, ||p형 반도체의 majority carriers ||$p\approx N_A$ || ||p형 반도체의 minority carriers ||$n\approx \frac{n_i^2}{N_A}$ || ||n형 반도체의 majority carriers ||$n\approx N_D$ || ||n형 반도체의 minority carriers ||$p\approx \frac{n_i^2}{N_D}$ || 이것들을 접합시켜서, pn 접합시켜서 [[다이오드,diode]]를 pnp, npn 접합시켜서 [[트랜지스터,transistor]]를 and? [[pn접합,p-n_junction]] ---- MKLINK [[띠,band]] [[양공,hole]] [[전기회로,electric_circuit]] [[전자회로,electronic_circuit]] [[회로소자,circuit_element]] = tmp , CHK and mv = 반도체 재료로 분류할 수 있는 물질의 [[비저항,resistivity]] 값의 대략적인 범위: 10^^-3^^ to 10^^3^^ Ω cm 결정질 Si의 band gap energy : 1.12 eV SiO,,2,,는 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 || proton acceptor/donor?? = 용어 = TODO 용어 정리할 것... mostly from naver 전기용어사전=전용사. 좀 옛날 용어를 쓰는 듯. TMP. CLEANUP. Compiled at [[Date(2020-10-21T19:21:07)]] { [[양공,hole]] 양공 positive hole 정공 hole 양의 [[전하,electric_charge]]같은 가상의 입자. [[전자,electron]]의 빈 자리. [[https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3537126&cid=60217&categoryId=60217 물리학백과 양공]] [[https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=753166&cid=42341&categoryId=42341 전용사 정공]] 캐리어 carrier //.. mv to [[캐리어,carrier]]? 전하를 운반하는 것?? n형반도체의 전도전자, p형반도체의 정공 처럼. [[https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=748950&cid=42341&categoryId=42341 src 전용사]] Sub: excess_carrier 과잉 캐리어 excess 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 [[https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=750493&cid=42341&categoryId=42341 src 전용사]] see also [[https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=760581&ref=y&cid=42341&categoryId=42341 전용사: 터널 효과]] 진성반도체 = 순수한 물질로 이루어진 반도체 [[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 '''진성반도체'''의 [[자유전자,free_electron]]의 전자농도/전자밀도는 (rel. [[전자,electron]] [[밀도,density]] [[농도,concentration]]) [[온도,temperature]]에 관계되며 식은 이렇게 생겼다. n,,i,, = 5.2×10^^15^^ T^^3/2^^ exp((−E,,g,,)/(2kT)) electrons/cm^^3^^ 온도에 따른 예를 들면 n,,i,,(T=300K) = 1.08×10^^10^^ electrons/cm^^3^^ n,,i,,(T=600K) = 1.54×10^^15^^ electrons/cm^^3^^ (뻔한 사실 remind:) 전자는 원래 원자에 속박되어 있는데 가전자대(=가전자띠=[[원자가띠,valence_band]])에 있는 전자가 [[띠틈에너지,bandgap_energy]](이상?)를 받아 [[전도띠,conduction_band]]로 올라가기 위해서는 즉 [[자유전자,free_electron]]가 되기 위해서는 에너지를 받아야 하는데 그 중 하나가 주변 [[온도,temperature]]가 올라가는 것...? CHK cf. Si은 5×10^^22^^ atoms/cm^^3^^ ## src: http://kocw.net/home/cview.do?cid=6565269e67e95d32 2-2 8min aka '''pure semiconductor''' WpKo:진성_반도체 불순물을 첨가한 것은 extrinsic 번역? 보이는 것들은 외인성, 불순물(wpko), 비고유(wpko), ... extrinsic_semiconductor n형반도체 n-type_semiconductor { WpKo:N형_반도체 ... Google:n-type+semiconductor } p형반도체 p-type_semiconductor { WpKo:P형_반도체 ... Google:p-type+semiconductor } WpKo:불순물_반도체 불순물을 소량 첨가하는 과정은 [[도핑,doping]] [[WpKo:도핑_(반도체)]] [[WpEn:Doping_(semiconductor)]] 불순물의 다른 영어표현은: impurity 도핑(doping)에 쓰이는 불순물은 도판트(dopant, doping agent) ex. 추가적인 전자를 주기 위한 phosphorus, ... donor : [[전자,electron]]를 잃으면서 양이온 acceptor : [[양공,hole]]을 잃으면서 음이온 } EHP electron-hole_pair { '''electron-hole pair, EHP''' '''자유전자-양공 쌍''' '''자유전자-정공 쌍''' [[자유전자,free_electron]] - [[양공,hole]] 쌍. EHP의 생성: 가전자valence_electron가 에너지를 얻으면, [[공유결합,covalent_bond]]이 끊어지면서 '''자유전자-양공 쌍'''이 생성됨. 이 둘은 전계([[전기장,electric_field]])에 의해 이동하여 [[전류,electric_current]]를 운반하는 [[캐리어,carrier]] 역할을 할 수 있다. [[전자,electron]] > [[자유전자,free_electron]] [[양공,hole]] [[쌍,pair]] } = rel; mklink = [[집적회로,integrated_circuit]] - writing VLSI 고밀도 집적회로 ... 반도체의 분류: [[메모리,memory]]반도체 * DRAM * SRAM * flash_memory non-memory * CPU * GPU * NPU * image_sensor * .... 반도체 물질의 분류: // mk subpages? semiconductor_material ? 진성반도체 - 불순물이 섞이지 않은 MKLINK 진성캐리어 - [[진성캐리어,intrinsic_carrier]] - [[캐리어,carrier]] TBW 진성캐리어의 상대이동도 { relative_mobility [[이동도,mobility#s-1.3]] } ... 물질에 따른 MKLINK [[진성캐리어농도,intrinsic_carrier_concentration]] - [[진성캐리어,intrinsic_carrier]] [[농도,concentration]] n형반도체 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 ---- MKLINK [[물성전자공학,physical_electronics]] [[RR:반도체공학,semiconductor_engineering]] ---- Up: [[전자기학,electromagnetism]]