4편쓴지 100일만이네요.
이번에 다룰 내용은 PN접합(이하 pn정션)입니다.
모스펫과 함께 반도체 공학에서 가장 중요한 부분.
여기서는 대략적인 개념만 잡고, 구체적인 계산, 수식은 다음 편에서 다루겠습니다.
관련된 내용이 많기때문에 내용 전개에 두서가 없을 수 있습니다. 양해바랍니다.


(1) PN접합. (PN junction)

기본은 간단합니다.
P타입 반도체와 N타입 반도체를 붙여놓은겁니다.


(2) 공핍영역. (Depletion region, Space Charge Region)
pn정션에는 공핍영역이 존재합니다.



p타입 반도체의 Majority carrier(이하 머조리티 캐리어)는 홀이고, n타입 반도체의 Majority carrier는 전자지요.
이 둘을 붙여놓으면 전자와 홀의 농도차이가 발생합니다.
농도차이로 인해 전자와 홀의 확산(diffusion)이 일어나고요.

p타입에 있는 높은 농도의 홀이 홀농도가 낮은 n타입쪽으로 확산됩니다.
반대로 n타입에 있는 높은 농도의 전자이 전자농도가 낮은 p타입쪽으로 확산됩니다.
이 과정에서 전자와 홀이 재결합합니다.
그 결과 p타입과 n타입이 접합된 경계를 중심으로 전자와 홀이 존재하지 않는 영역이 발생합니다.

p타입에서 캐리어인 홀이 없으니 그 영역에는 공간전하(space charge)만이 남아있습니다.
p타입에서 공간전하의 극성은 (-)지요.
n타입에서도 같은 방식으로 (+)의 공간전하만이 남아있습니다.

캐리어가 없기때문에 '공핍영역' Depletion region 이라고 부릅니다만,
공간전하만 있다고 'Space Charge Region' 이라고 부르기도 합니다. 줄여서 SCR로 부르기도 합니다.
어느 쪽으로 부르든 잘 알아들읍시다.


(3) Electric Field
SCR의 공간전하로 인해 E필드가 발생합니다.
E필드는 (+)에서 (-)방향이니 pn정션에서는 E필드의 방향은 n타입에서 p타입입니다.




(4) PN접합에서의 에너지 밴드.
열평형상태(Thermal Equilibrium state)에서 페르미 준위는 플랫(flat)하게 유지됩니다.
하지만 에너지 밴드 내에서 페르미 준위의 위치는 p타입과 n타입이 다릅니다.
이 두 페르미 준위가 플랫해지려면 전체 에너지 밴드가 변화해야하지요.
그 결과 아래와 같은 에너지 밴드의 형태가 형성됩니다.




(5) Built-in potential Barrier, Built-in Voltage
위의 에너지 밴드를 보면 p타입과 n타입 사이에 에너지 차이가 존재하는걸 알 수 있습니다.
p타입쪽의 에너지 준위가 높지요.
이 차이를 Potential barrier 라고 합니다.

포텐셜 배리어의 단위가 eV인데, 이는 p타입과 n타입 사이에 전압 차이가 있다는 얘기가 됩니다.
에너지 밴드는 전자를 기준으로 하는 것이기때문에 전압 차이는 이와 반대가 됩니다.
n타입쪽 전압이 높은 것이지요.
그렇기때문에 저 위의 전압 그래프가 나오는겁니다.

조금 돌아가는 방법으로 이해할 수도 있습니다.
에너지 밴드를 보면 p타입쪽의 에너지 준위가 높지요.
전자가 p타입에서 n타입으로 이동하기 쉬운 상태인겁니다.
(에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 움직이기 쉬운게 순리.)
전자가 p타입에서 n타입 방향으로 이동한다는건 전류가 n타입에서 p타입으로 흐른다는 얘기이고,
캐리어 흐름을 통해 n타입쪽의 전압이 높다는 해석이 가능합니다.






(6) 열평형상태에서 PN접합에 왜 전류가 흐르지 않는가.
에너지 준위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 전자가 이동하기 쉽고, 낮은 곳에서 높은 곳으로 홀이 이동하기 쉽습니다.
전(前)자는 p타입에서 n타입 방향이고, 후(後)자는 n타입에서 p타입 방향입니다.
즉, 전자는 p타입에서 n타입 방향으로 이동하기쉽고, 홀은 n타입에서 p타입 방향으로 이동하기 쉽습니다.

그런데 전자는 n타입에 많이 있습니다. p타입으로 전자가 이동하기 힘듭니다.
홀은 p타입에 많이 있지만, n타입으로 홀이 이동하기 힘듭니다.
built-in potential barrier때문이지요.


(7) Forward bias
p타입쪽에 (+)전압을 걸어주는 경우를 Forward bias라고 합니다.
전류가 흐를 수 있기때문이지요.



p타입쪽체 (+)전압을 걸게되면 p타입쪽 에너지 밴드는 내려가게됩니다.
에너지 밴드는 상대적인 비교이기때문에 n타입쪽 에너지 밴드가 올라간다고 말할 수도 있습니다.
에너지 밴드가 나타내는 것이 전자, (-)극성 캐리어의 에너지를 나타내기때문에 걸리는 전압과 반대 방향으로 변화합니다.

built-in potential barrier가 낮아지면서 전자와 홀이 이동할 수 있게 됩니다.
전류가 흐르기 쉬운 상태가 된 것이지요.

전기적으로 전자가 (+)극인 p타입쪽으로 끌려가고, 홀이 (-)극인 n타입쪽으로 끌려가기때문에 전류가 흐르기 쉬워진다고 해석할 수도 있습니다.

같은 현상을 다양한 특성으로 표시하고 해석하는 것이지요.


(8) Reverse bias
p타입쪽에 (-)전압을 걸어주는 경우를 Reverse bias라고 합니다.



p타입쪽체 (-)전압을 걸게되면 p타입쪽 에너지 밴드는 올라가게됩니다.
에너지 밴드는 상대적인 비교이기때문에 n타입쪽 에너지 밴드가 내려간다고 말할 수도 있습니다.

built-in potential barrier가 높아지면서 전자와 홀이 이동할 수 없게 됩니다.
전류가 흐르기 힘든 상태가 됩니다.


전기적으로 전자가 (+)극인 n타입쪽으로 끌려가고, 홀이 (-)극인 p타입쪽으로 끌려가기때문에 전류가 흐르기 힘들어진다고 해석할 수도 있습니다.



Posted by gamma0burst Trackback 0 : Comment 167

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  2. addr | edit/del | reply 우와 2016.10.31 02:16 신고

    아주 감탄만하다가 다봐버렸습니다...
    궁금한 점이 있습니다.
    1. n,p타입의 불순물 반도체를 만들 때, si에 도핑을 한다고 한다면, 전부보니까 도너에너지준위와 억셉터에너지준위가 금지대 사이에 존재하게 되던데, 실리콘의 밴드갭 크기에 맞는 물질을 도핑하기에 그런것인가요? 만약 밸런스밴드나 컨덕션밴드에 존재하면 실온에서 받는 에너지크기로는 이온화시킬수 업는것인가요?? 음...이말이 이상하긴한데.. 금지대에 되는 에너지 준위를 가짐으로써, 실온에너지는 적지만, 확률적으로 올라가거나, 억셉터에 잡히는데, 허용밴드 안에 있어도 이러한 상황이 발생하는거 아닌가요???

    2. 적다가 문득 생각이 나건데요.. 실리콘의 밴드갭은 모두 같은 값 1.1ev일까요? n에 따라 수없이 밴드가 있고, 그때 최외각 밴드에 전자가 4개 들어있고, n=3이라 하면, 이것이 들뜨면 n=4인 밴드인 컨덕션밴드로 간다고 생각하는건가요? 문득 이해가 모자라네요..

    3. 빛을 받으면 depletion region에서 EHP가 만들어진다고 하는데.. 잘 이해가 되지 않습니다. 도너원자나 억셉터원자에 잡혀있던 전자들이 탈출하는 것인가요? 그런건 아닌거 같은데.. 만약 그러면 전기장이 약해질거 같고.. 이해가 모자랍니다..

    감사합니다..

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2016.10.31 22:16 신고

      1. 그런 물질을 도핑해야 반도체적으로 의미가 있겠지만, 물질의 에너지 준위와 전자구름구조 간의 관련성까지는 잘 모르겠네요.

      2.
      http://gamma0burst.tistory.com/462
      고체 격자 구조에서는 에너지 밴드가 여러개있습니다.
      낮은 에너지 준위부터 전자가 채워지는거고요.
      채워진 밴드(밸런스 밴드)와 채워지지 않은 밴드(컨덕션 밴드) 사이의 차이가 밴드갭이 되는겁니다.
      온도, 물질에 따라 밴드갭은 결정된 값이라고 봐도 될듯 합니다.

      3. 빛이라고 하지만 최종적으로 에너지를 받은 것과 마찬가지입니다.
      에너지의 형태가 열, 빛 등으로 다를뿐이지요.
      위에서 얘기했듯이 홀은 원자에 공유결합한 전자의 이동의 다른 표현이라고 했습니다.
      에너지를 얻으면 원자핵과 공유결합하고 있던 전자가 결합을 끊고 자유전자가 되고, 전자의 빈자리는 정의에 따라 홀이 되겠지요.
      EHP가 발생한겁니다.

  3. addr | edit/del | reply 우와 2016.10.31 05:00 신고

    혹시 억셉터의 이온화에너지가 의미하는 바가 무엇인지 알 수 있을까요? 억셉터가 도핑되었을때, 전자를 받는데, 이때 이온화에너지 만큼의 에너지가 필요한건가요? 전자친화력하고는 다른가요?? 그래서 p형에서 다수캐리어가 정공이라고 볼 수있는거구요..
    진찌 전문가같으셔서 질문을 드리는데..
    결국 hole을 도입하는 것이 밸런스밴드에 전자가 음의유효질량을 가지길래 좀 더 편하게 표현하기 위해서 도입했는데, 이것을 생각하면 결국 밸런스밴드에서도 전자가 움직이는 거 같은데, 이 자체를 그냥 hole로 취급하는 건가요??
    근데 억셉터가 전자를 받는데, 이거와 생각해보면 이해가 두루뭉실되버려 가지고 말이죠... 전자를 가지고 있는것이 아니라, 계속 움직일 수 있는 공간을 만들어줘서 전자가 움직이는 건가요? 여기서 hole로 취급해서 이동한다고 생각하는 건가요? 결국 움직이는 모습을 보면 같은 모습인데, 좀 그러네요....

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2016.10.31 22:03 신고

      acceptor가 도핑되면 밴드갭 내에 acceptor 준위라는 에너지 준위가 생긴다고 생각하면 됩니다.
      본래 밴드갭에는 전자가 존재할 수 없지만 (존재할 확률이 있을뿐이지요.) acceptor 준위가 생기면서 전자가 존재할 수 있는 준위가 생긴거지요.
      밸런스 밴드의 전자가 약간의 에너지만 얻으면 acceptor 준위로 올라갈 수 있습니다.
      이게 acceptor가 전자를 받는 것이고, 다르게 표현하면 acceptor 준위에 있던 hole이 밸런스 밴드로 간겁니다.

      http://gamma0burst.tistory.com/466
      여기에서 썼듯이 hole은 실리콘 원자와 도핑 원자간에 공유결합하고 있는 전자의 이동에 대한 '다른 표현'입니다.

  4. addr | edit/del | reply GOOD 2016.11.05 03:19 신고

    진짜 깔끔합니다!!
    문득 다 읽고 궁금한 점이 생겼는데, 처음에 Si의 진성반도체 일 때의 밴드갭이
    도핑 후 n,p형 반도체가 되면, 밴드갭의 크기가 달라지나요?
    3,5족 같은 화합물 반도체도 도핑후에는 달라지나요?

    p형 반도체와 n형 반도체에서 각각 전자의 에너지가 달라서, 접합을 하면 위처럼 페르미 에너지 준위가 평형을 이루려고 하고, 저런 에너지 다이어 그램이 형성 되는 거겠지요?

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2016.11.05 13:56 신고

      밴드갭은 베이스가 되는 물질(여기서는 Si지요.)의 고유특성으로 도핑한다고해서 바뀌지는 않습니다.

      아래 내용은 그렇게 이해해도 됩니다.

  5. addr | edit/del | reply GOOD 2016.11.05 17:50 신고

    고맙습니다!
    근데 혹시, 그 고유특성인데 실제로 반도체가 만들어 지는 크기가 얼만큼의 크기인지는 잘 모르겠는데,

    크기가 나노 크기가 되도 그 밴드갭 차이가 유지가 될까요?

    어떤 강의에서는 나노크기, 크기가 더 작아지면, 갭 차이가 더 커질 수 있다는데,,,

    너무 뻘소리라면 죄송합니다.

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2016.11.07 11:43 신고

      저기서 얘기하는 고체격자구조가 이미 수십 옹스트롬 수준에서의 얘기라서 밴드갭이 바뀌지는 않을겁니다.
      원자 몇개만을 포함한 구조라면 일반적으로 다루는 격자구조와 차이가 있기때문에 에너지 밴드에도 차이가 있기는 할겁니다.
      어느 방향(작아지든가 커지든가)으로 변화하는거까지는 모르겠습니다.

  6. addr | edit/del | reply 초보반도체 2016.11.10 05:08 신고

    extrinsic semiconductor 에서 이제 3-5족 이던지, 2-6족을 하는데, 2-6족으로 만든 반도체가
    밴드갭이 더 크다고 하는데, 어떻게 생각할 수 있을까요??...

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2016.11.11 17:20 신고

      3-5족, 2-6족으로 갈수록 = 상호간에 전기음성도 차이가 커질수록 이온결합이 더 강해지고, 이에 따라 밴드갭이 증가하는겁니다.
      원자간 결합이 더 강해지니 캐리어 발생이 더 어려워지는거지요.

  7. addr | edit/del | reply 2016.11.23 22:35

    비밀댓글입니다

  8. addr | edit/del | reply 전자꿈나무 2016.11.25 03:05 신고

    pn접합에서 p타입쪽 에너지 준위가 높아서 전자가 p타입에서 n타입으로 이동하기 쉬우니까 전류가 n타입에서p타입으로 흐른다고 하셨는데 열평형상태에서 는 전류가 흐르지 않는다는 말이 무슨말인가요?

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2016.11.25 07:37 신고

      에너지 밴드 상태는 전자는 p->n , 홀은 n->p 로 흐르기 쉬운데, p에는 전자가 없고 n에는 홀이 없으니 전류가 흐를 수가 없지요.

  9. addr | edit/del | reply 전자과 2016.12.15 10:07 신고

    (7)번 Forward bias 설명 하실때

    전기적으로 N-side의 전자는 (+)극으로, P-side의 홀은 (-)극으로 인력이 작용해서 이동해서 전류가 흐른다고 하셨는데

    이건 다수 캐리어에 의한 움직임 아닌가요? 즉 전기장에 의한 드리프트 전류 아닌가요?

    그런데 다음장에서는 다이오드의 전류의 주된 원인은 소수 캐리어에 의한 확산 전류라고 하셨는데

    이 부분이 매우 헷갈립니다..

    그리고 P-side의 소수캐리어인 전자가 어떻게 N-side으로 확산되는것인지 잘 이해가 되지 않습니다.



    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2016.12.15 16:47 신고

      낮아진 배리어 덕에 n타입에서는 전자, p타입에서 홀이 이동하기 쉬워지는 것도 맞습니다만, 캐리어의 이동이 꼭 전류의 발생을 의미하는건 아닙니다.
      ideal case로 보면 이렇게 이동하던 전자, 홀은 SCR에서 EHP 결합해버리거든요.
      여기서의 전자와 홀은 각 영역에서 majority carrier지만 전류 형성에 기여를 못 하는겁니다. (물론 ideal case의 해석에서의 얘기입니다.)

      확산전류는 p타입에서는 전자가, n타입에서는 홀이 발생시킵니다.
      각각 minority carrier 지요.

      본문의 내용이 잘못 됐다고 볼 수도 있겠네요.
      에너지 밴드로 보면 p타입의 전자가 n타입, n타입의 홀이 p타입으로 이동하기 쉬운 형태니까요.

  10. addr | edit/del | reply gamsa 2017.04.15 18:21 신고

    감사해요 ㄷㄷㄷㄷㄷㄷㄷ

  11. addr | edit/del | reply 초보 2017.04.17 10:27 신고

    수업때 필기해놓고 복습 안 해서 헷갈렸는데, 설명 보고 쉽게 이해했어요. 감사합니다

  12. addr | edit/del | reply 우주 2017.04.17 22:30 신고

    Pn접합에서 전류가 흐르는 이유가 소수캐리어의 농도차이에의한 확산이라하셨는데 일부분만 보면 n타입에서 전자가 p타입쪽으로 확산하는건데 n타입에서 전자는 다수캐리어 아닌가요??ㅠㅠ 왜 소수캐리어에 의한 확산이라고 하는건가요?ㅜㅠ

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2017.04.18 07:50 신고

      전류를 만드는 캐리어의 출처가 중요한게 아니라 그 캐리어로 전류가 발생하게 되는 현상이 어디서 나타나느갸가 중요합니다.
      n타입을 예로 들면 n타입에서는 홀의 구간별 농도 차이에 따른 확산전류가 발생합니다.
      이 때 n타입 내에서 구갈별 홀의 농도차이가 발생하는건 p타입에서 유입된 홀 때문이겠지요. (forward bias 조건이면 배리어가 낮아지니까요.)
      홀이 전류를 발생시키는건 결국 n타입 영역에서만 가능한거니, 소수 캐리어의 확산전류가 되는겁니다.

  13. addr | edit/del | reply 정욱 2017.04.19 23:08 신고

    (3)Electric field에서
    1. 밑에서 두번째 그래프 Electric field 에서 밑으로 뾰족한 삼각형인데 어떻게 그렇게 된건가요????
    charge 그래프를 (E field의 방향에 따라)오른쪽에서부터 적분하면 위로 뾰족한 삼각형일수도 있지 않나요???
    2.마지막 그래프 Voltage(Electric potential)이 왜 오른쪽으로 갈수록 높아지나요???
    오른쪽이 전자가 더 많으니까 반대로 전압은 낮아야 하는거 아닌가요????

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2017.04.21 07:10 신고

      1. E field 방향이 -x 방향이라서 음수로 표기된겁니다.

      2. SCR에서 오른쪽 n타입이 (+) 전하를 띄니 더 전위가 높은 영역이지요.
      n타입의 SCR에서 (+)전하를 띄는건 캐리어가 음전하인 전자이고 SCR은 캐리어가 없는 영역이니, 기본적으로 중성인 반도체에서 음전하가 없어졌으니 (+)극성을 띄는거고요.

  14. addr | edit/del | reply 안녕하세요 2017.12.07 20:36 신고

    이해가 안되는게... 제일 처음 접합한 순간 양쪽에서 소량의 홀/전자가 이동한 후 결합되면서
    p내에서는 결합된부분이 상대적으로 (-)이고,
    n내에서는 결합된부분이 상대적으로 (+)인건 알겠는데 어쨋든 두쪽 다 중성상태니까 둘 사이에서는 서로 +- 구분이 없는거 아닌가요?? 왜 공핍영역 내에도 전위차가 생기죠 ㅠㅠ

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2017.12.08 17:43 신고

      접합 전 p타입, n타입 각각 전체로는 중성이었으니 접합 후에도 pn접합 전체는 중성입니다.
      전체 전하량의 합은 중성이지만 부분적으로 극성을 띠고 있고 전위차가 발생하는겁니다.

      p,n 영역의 neutral region은 그 자체로 중성이고, 남은 부분은 공핍영역인데,
      앞서 얘기한대로 pn접합 전체는 중성이니 공핍영역 전체 전하량의 합은 0이겠지요.
      공핍영역 중 n타입 영역은 +상태, p타입 영역은 -상태이고 이 둘의 전하량은 같습니다. (극성만 다름.)

  15. addr | edit/del | reply 내일물전시험 2017.12.07 23:31 신고

    설명 감사합니다. 덕분에 도움이 되었습니다.

  16. addr | edit/del | reply 2018.03.22 11:24

    비밀댓글입니다

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2018.03.22 17:52 신고

      3번 강좌(에너지 밴드 차원에서의 반도체 해석.)를 참고하시면 될거 같습니다.

      P타입이라고 해서 홀만 있는건 아니고 홀, 전자 모두 존재합니다.
      홀이 majority carrier일뿐이지요.
      그 전자의 분포 확률입니다.

      p,n타입이 붙으면 둘 사이의 상대적인 전위차이가 나타나고 이걸 표현한 에너지 밴드라고 이해하면 될거 같습니다.
      공핍층에서 발생하는 n,p타입 간 전하 분포와 그에 따른 전위차로 설명할 수도 있겠고, 페르미 레벨이 pn접합 전체에서 플랫하게 나타난다고 설명할 수도 있겠고요.
      특정한 원인, 결과가 정해져있다기 보다는 같은 상태를 놓고 표현이나 해석하는 방법이 다양하다고 이해하면될듯 합니다.

  17. addr | edit/del | reply 전기 2018.03.23 10:43 신고

    설명이 너무 잘 되어있네요 정말 감사합니다. 죄송하지만 모르는게 있어서 염치 불구하고 질문합니다. depletion 영역이 생겨서 drift 전류가 생기지만 실제로 포텐셜의 장벽으로 전자의 이동은 없다. 이 내용을 바탕으로 bipolar transistor에서 npn에서 스위치 on으로 하려면(포화 영역) emitter-base pn접합면에서 base의 전압을 더 크게 걸어줘서 순방향을 시켜주면 대량의 전자가 base로 이동, 이후 base-collector의 pn접합면에 순방향을 또 걸어주면 depletion 영역이 생길 것이고 n에서 p로 향하는 전기장이 생길 것입니다. 그런데 위에서 설명하신 것처럼 이 전기장은 실제 포텐셜의 장벽으로 전자의 이동은 없고 minority carrier들의 이동이 npn에서의 전류를 결정하는 가장 큰 주된 요인이 된다고 하면 여기서 collector쪽에 있던 전자들은 Base로 이동하면서 Base쪽에 잔존하던 대량의 전자들과 합쳐져 거기에 계속 머물러 있게 되는 건가요? 근데 또 전류가 Emitter에서 Collector로 이동하는 것 보면 머물러 있는 것은 아닌거 같아서요.

    두서없이 썼는데 이해하셨을지 모르겠습니다만 답변해주시면 정말 감사드리겠습니다.

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2018.03.23 21:01 신고

      포텐셜 장벽이 있어서 캐리어의 이동이 없다는건 열평형 상태에서의 얘기이고 forward bias에서는 캐리어가 통과합니다.
      말씀하신 npn의 포화모드도 결국 양쪽 모두 forward bias 상태이기때문에 포텐셜 장벽으로 인해 캐리어가 통과할 수 없다는 내용이 성립하지 않는 상태가 되어버렸지요.

      아래 내용은 위의 맹점을 찾기 전에 쓴건데 아마 알고 계신 내용일거라 생각되네요.
      지우기 아까우서 남겨두니 필요하면 참고하세요.

      --
      npn(EBC 순이라고 보고)에서 saturation mode면 e-b(n-p), b-c(p-n) 모두 forward bias 겠네요.
      e -> b로 전자, b->e로 홀이 이동.
      b->c로 홀, c->b로 전자가 이동.
      ebc 전체로 보면 전자는 base쪽으로, 홀은 base에서 emitter, collector쪽으로 이동합니다.

      emitter를 보면 base측에서 고농도의 홀이 유입되고 홀이 전자과 결합하면서 농도가 줄어들어 base->emitter쪽으로 갈수록 홀(minority carrier) 농도가 감소하는 프로파일이 나옵니다.

      base를 보면 전자가 base,collector 양쪽에서 유입되고, 유입된 전자는 홀과 결합하면서 농도가 낮아질겁니다.
      일반적인 설정에서 emitter의 도핑농도가 더 높기때문에 emitter쪽의 전자 농도가 더 높고, collector쪽 전자농도가 낮은 프로파일이 될겁니다.

      collector쪽을 보면 emitter와 같은 방식으로 base->collector쪽으로 갈수록 홀 농도가 낮아지는 프로파일이 될겁니다.

      각 영역에서 minority carrrier 농도를 확인해본겁니다.
      pn접합에서 dominant한 전류원은 minority carrrier의 확산이기때문입니다.

      그럼 농도차이에 따라 emitter에서는 b->e 방향으로 홀전류, base에서는 b->c 방향으로 전자전류, collector에서는 b->c 방향으로 홀전류가 발생합니다.

      전체로 보면 전자전류는 c->e 방향. 홀 전류는 b->c,e 방향으로 생성됩니다.
      --

  18. addr | edit/del | reply 2018.04.08 15:55

    비밀댓글입니다

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2018.04.09 00:27 신고

      전력 모스펫 말씀하시는걸로 이해하고 얘기해보면
      (전력 반도체쪽을 체계적으로 배운게 아니라 맞는지 모르겠는데 해석해보면)

      BV 논의상태면 off 상태인데 이 때 전력 모스펫은 p+(확산층) - N-(epi) - N+(sub)의 pin diode 구조로 동작합니다.
      pn diode로 보고 해석하면 됩니다.

      말씀하신대로 기본적으로 depletion region에서의 E-field peak값이 커지면 BV가 감소합니다.

      depletion region에서의 E-field peak값은 bulit-in voltage에 비례, depletion width에 반비례합니다.
      E-field peak값을 도핑농도에 대해서만 정리해보면 p,n 도핑농도의 곱의 제곱근에 비례하는 경향입니다. (완전 선형비례는 아니고...)
      (이 부분이 핵심같네요.)

      즉, 말씀하신 epi층 농도가 올라가면 E-field peak값이 올라가고 BV는 작아지는 방향이 되는겁니다.

  19. addr | edit/del | reply 2018.05.09 01:22

    비밀댓글입니다

  20. addr | edit/del | reply 전자 2018.06.21 15:30 신고

    글 잘봤습니다! 도움 많이 됬어요! 죄송하지만 제가 공부를 하면서 모르는게 있어서 그런데 질문드립니다ㅠㅠ pn접합 이어서 mosfet쪽 공부를 하고 있는데 도핑농도를 증가시키면 potential이 올라가고 그에 따라 문턱전압이 높아진다고 하더라구요 이부분이 이해가 안되더라구요...원래 도핑농도를 증가시키게되면 그만큼 공핍층 폭이 축소되서 오히려 문턱전압이 낮아지는게 아닌가요..?

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2018.06.21 20:27 신고

      에너지 밴드 관점에서보면 oxide-si 계면에서 Ei가 Ef 보다 내려가면 inversion layer가 형성되는데 도핑농도가 올라가면 Ef가 더 내려갑니다.
      Ei를 더 내려간 Ef보다 낮게 하려면 게이트 전압이 더 올라가야 하지요.

      개념적으로보면 inversion layer는 si층의 minority carrier를 모아서 형성되는데 si층의 도핑농도가 올라가면 minority carrier 농도는 더 낮아지고요.
      저농도의 minority carrier를 모으려면 더 강한 전계, 게이트 전압이 필요한거고요.

  21. addr | edit/del | reply 전자 2018.06.23 23:01 신고

    안녕하세요! 다름이 아니라 제가 개인적으로 궁금한게 있어서 메일을 하나 보내놨는데 시간이 되신다면 봐주시면 감사하겠습니다! 메일주소는 orange4918@naver.com로 보냈습니다!