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동일 정
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1 Chapter 3. Energy Bands and Charge Carriers in Semiconductors ( 에너지대역과반도체에서의전하캐리어 )

2 3.1.1 고체에서의결합력 이온결합 (ionic bonding) 알칼리의할로겐화합물 (ex. NaCl) Na와 Cl사이의전자교환이이루어지면최외각궤도는 8개의전자로완전히 채워짐. Na(z 11) Cl(z Na Na 17) Cl s 2s 2 p 3s 2 5 Ne 3s 3 p 0 Ne 3s, Cl Ne :stable structure Ne 3s 3s p 6 Ar 불활성원자 (ex. Ne, Ar) 들과같은전자구조가되기때문에전류흐름에기여하는약하게속박된전자들은더이상존재하지않음. 전기적으로좋은절연체 (insulator)

3 3.1.1 고체에서의결합력

4 3.1.1 고체에서의결합력 금속결합 (metallic bonding) 알칼리금속 (ex. Na) 최외각궤도는보통 3개이하의전자로부분적으로채워짐 ( 바깥쪽궤도에단하나의전자가있다 ) 전자는약하게속박되어있어쉽게떨어져이온을형성알칼리금속은전도도가클뿐아니라화학적활성도가큼금속원자들은전자의바다를공유하고있으며, 이전자들은전계의영향하에서결정주위를자유롭게움직일수있다.

5 3.1.1 고체에서의결합력 공유결합 (covalent bonding) 다이아몬드격자의반도체 (Si, Ge, C) 각원자는 4개의원자에의해둘러쌓여져있고 4개의최외각전자를서로공유 ( 공유된전자들사이의양자역학적상호작용으로일어난다 ) 0 K에서전도에기여할수있는자유전자없음전자는열적또는광학적으로여기 (excitation) 되어공유결합을벗어나전기전도에기여 EHP (electron-hole pair) 생성 cf. 화합물반도체 (GaAs) 의경우이온결합과공유결합이혼합

6 3.1.1 고체에서의결합력

7 3.1.2 에너지대역 두원자가겹치는경우, 두개의원자핵이일정한거리를두고존재하는경우에대한서로간의영향을고려해야함. 두개의각기다른시스템이아니라하나의새로운시스템 반결합궤도 원자궤도 결합궤도 독립된원자들의각각의포텐셜에너지 ( 점선 ) 두핵사이의쿨롱퍼텐셜에너지 ( 실선 ) 반결합에너지준위 결합에너지준위 Fig. 3-2 원자궤도의선형결합 (LCAO): 두개의원자가서로합쳐질때 LCAO 는두개의 다른 정규 양식을갖는다. ( 고에너지반결합궤도, 저에너지결합궤도 )

8 3.1.2 에너지대역

9 3.1.2 에너지대역

10 전자들의상대적에너지 에너지대역 원자간의상대적거리 ( 왼쪽으로갈수록상대적거리작아짐 ) 4N 상태 0 전자 6N 상태 2N 전자 ±½ ±½ ±½ ±½ ±½ 대역간극 =E g 4N 상태 4N 전자 2N 상태 2N 전자 6N 상태 2N 전자 2N 상태 2N 전자 ±½ ±½ ±½ ±½ 외각 8N 상태 4N 전자 ±½ ±½ ±½ ±½ 중각 ±½ 내각 Fig. 3-3 원자간거리의함수로나타낸실리콘의에너지준위.

11 3.1.2 에너지대역

12 3.1.3 금속, 반도체및절연체 자유전자가있어서 전기를잘통할수있는물질 예 ) 금, 은, 구리등 금속 절연체 반도체 자유전자가없어서 전기를잘통할수없는물질 예 ) 나무, 플라스틱, 유리등 도체와부도체의중간적성격 전기가통할수도안통할수도있는물질 예 ) 실리콘, 게르마늄등 반도체를이용하여다양한전자소자를만들수있다!!!

13 3.1.3 금속, 반도체및절연체 빈에너지상태 겹침 빈에너지상태 E g1 E g2 부분적으로충만 충만 충만 충만 절연체반도체금속 Fig K에서의전형적인대역구조 차이점 E g1 > E g2 전기전도에기여할수있는전자수가열적및광학적에너지에의해반도체내에서크게증가

14 3.1.3 금속, 반도체및절연체 Metal Band들은중첩되거나부분적으로채워짐 Band내에전자와빈 energy state 모두존재 전계인가시전자는자유로이이동가능 Insulator & Semiconductor 0 K 에서의구조 전자들이인가전계에서가속되기위해서는새로운에너지상태로옮겨갈수있어야함전자가점유할수있는빈상태가존재하여야함을의미가전자대는 0 K에서전자들로완전히채워져있고, 전도대는비워져있음전자가이동하여들어갈수있는빈상태가하나도없기때문에가전자대내에서는전하의전송이있을수없음전도대에는전자가하나도없어서전하의전송이있을수없음.

15 3.1.4 직접형과간접형반도체 Direct band structure (ex. GaAs) k = 전파상수 ( 파동벡터 ) 전도대의최소와가전자대의최대가같은 k값 (k=0) 에위치전자는 k값의변화없이전도대로부터가전자대로최소에너지전이가가능전도대내의전자가가전자대에있는비어있는상태로떨어질때에너지차 Eg에해당하는광자방출 Indirect band structure (ex. Si) 전도대최소와가전자대의최대는다른 k 값에위치전도대역의최소값으로부터가전자대역의최대값으로의전자의전이에는 k 의어떠한변화가필요

16 3.1.4 직접형과간접형반도체 Fig. 3-5 반도체에서의직접및간접적전자전이 (a) 광자방출을동반하는직접적전이 (b) 결정결함준위를경유하는간접적전이 (a) Direct (b) Indirect

17 대역간극에너지 (ev) 합금조성비에따른에너지대역의변화 GaAs AlAs Al x Ga 1-x As Fig. 3-6 AlGaAs 에서조성비 에따른직접및간접전도 대역의변화 알루미늄조성비, x

18 3.2.1 전자와정공 EHP (Electron-Hole Pair) generation 반도체의온도가 0 K로올라감에따라가전자대에있는일부전자는충분한열적에너지 (thermal energy) 를받아전도대로여기하여전자와정공생성 전자 ( 전기전도에기여 ) E c E v E g 정공 ( 가전자대의빈상태, 전기전도에기여 ) Fig. 3-7 반도체에서의전자 - 정공쌍

19 전도대에서의전류 전자와정공 전도대로여기된전자는채워지지않은많은수의에너지상태로둘러싸임. Ex) Si 원자밀도 : atoms/cm 3 상온에서도핑되지않은 Si 의 EHP 수 : EHP/cm 3 전도대의소수의전자들은이용할수있는많은빈상태 (empty state) 를자유 롭게돌아다닐수있음 전도대내로여기된소수의전자들이전기전도에기여

20 가전자대에서의전류 전자와정공 충만된밴드 (filled band) 에서이용할수있는모든에너지상태는전자에의 해채워져있음 주어진속도로움직이는모든전자에대해크기는같고반대방향으로움직 이는전자가있음 전계를인가한다면속도 υ j 로움직이는모든전자 j 에대해속도 υ j 로움직이 는 j' 이있기때문에실질적인전류는 0

21 3.2.1 전자와정공

22 3.2.1 전자와정공 만약전자를제거하여정공을만든다면가전자대에서의실제전류는모든 속도에대한합에서제거된전자의기여부분을뺀것으로주어짐. 정공의전류기여는속도 v j 를가지는양으로대전된입자 ( 없어진전자 ) 에의한전류와같음가전자대의비어있는상태는 positive charge를가지는 charge carrier로취급반도체에서 charge carrier는전도대에있는전자와가전자대에있는정공

23 3.2.1 전자와정공

24 3.2.2 유효질량

25 3.2.2 유효질량

26 3.2.2 유효질량

27 3.2.2 유효질량

28 3.2.2 유효질량

29 3.2.2 유효질량

30 Fig 반도체의실제대역구조 L

31 Fig 반도체의실제대역구조

32 3.2.3 진성반도체재료 진성반도체 (intrinsic semiconductor) 불순물 (impurities) 이나결정결함 (lattice defects) 이없는완전한반도체결정 0 K에서가전자대는전자로채워져있고, 전도대는비워져있기때문에 charge carriers는없음 반도체는완전한절연체로작용 Thermal generation process 온도가증가함에따라열적여기에의해 electron- hole pairs(ehp) 생성진성반도체에서는이들 EHP가유일한 charge carrier

33 3.2.3 진성반도체재료 EHP generation by covalent bonding model 에대한고찰 가전자중하나가공유결합에서떨어져나가격자내에서자유롭게움직임 Conduction electron 및 broken bond (hole) 생성 결합을깨기위해필요한에너지는 E g 전자와정공이쌍으로만들어지기때문에전도대전자농도는가전자대정 공농도와같음 n cf p n i. T 1 T 2 n i 1 n i 2 n: 전도대전자농도, p: 가전자대정공농도 n i : 진성캐리어농도 (intrinsic carrier concentration)

34 3.2.3 진성반도체재료 n=p=n i e - e - Si EHP 의생성은결정격자에서공유결합이부서지는것을생각하면정성적인방법으로눈앞에떠오르게할수있음 h + h + e - : 전자 h + : 정공 Fig Si 결정의공유결합모형에서의전자 - 정공쌍

35 재결합 (recombination) 진성반도체재료 일정온도평형상태에서일정한 EHP 농도를유지하기위해서는생성되는비율과같은비율로감소또는재결합이있어야함. r i g i g i : generation rate[ehp/cm 3 -sec], r i : recombination rate 재결합은전도대에있는전자가가전자대에있는비어있는상태로전이하면 서일어남 임의온도에서전자와정공의재결합률 r i 은전자및정공의평형상태농도 에비례 r i r n p 0 0 α r : 재결합 mechanism 에의존하는비례상수 n 0, p 0 : 평형상태전자및정공농도 r n 2 i g i

3.2.4 외인성재료 도핑 (doping) 진성반도체에불순물 (Si의경우 As, Sb(V족 ) 또는 B, Al, Ga(III족 )) 을첨가함으로써전도도를변화적절한도핑에의해평형상태전자및정공농도가진성캐리어농도와다른값을가짐 n 0 p 0 n i 격자내에공유결합에참여하는전자수보다많은 ( 적은 )

36 3.2.4 외인성재료 도핑 (doping) 진성반도체에불순물 (Si의경우 As, Sb(V족 ) 또는 B, Al, Ga(III족 )) 을첨가함으로써전도도를변화적절한도핑에의해평형상태전자및정공농도가진성캐리어농도와다른값을가짐 n 0 p 0 n i 격자내에공유결합에참여하는전자수보다많은 ( 적은 ) 전자를갖게될경우이러한과잉캐리어 (excess carrier) 는결합에참여하지않기때문에그구성원자들과비교적약한결합을하게되고, 쉽게이탈. 이러한자유전자들은치환형불순물원자에고정된 positive (or negative) charge를남김. 즉, 첨가불순물을이온화시킴. 결정전체는중성을유지하며, 정공 ( 전자 ) 은존재하지않음

37 n-type semiconductor Donor impurity 외인성재료 Intrinsic Si 에전도대의전자수를증가시키기위해 5 가불순물 (ex. As, P, Bi, Sb) 원자를첨가 Covalent bonding model 에서의고찰 불순물들은정상적인 IV 족원소들의격자위치를점유 : 치환형불순물 (substitutional impurity) As 의 5 개의가전자중 4 개는 Si 와공유결합에이용되고, 나머지 1 개의전자는단지약한정전기력에의해 As 에약하게구속 실온에서원자의열적진동 (thermal vibration) 은이러한전자가자유롭게되는데충분 한에너지를공급하므로전도전자 실온에서거의모든불순물원자들이이온화하므로불순물원자들은각각 1 개의전도 전자를기여 다수캐리어 (majority carrier): 전자 / 소수캐리어 (minority carrier): 정공

38 3.2.4 외인성재료 E c E c E d E d 전도대아래가까운곳에위치 E v E v 0 K 에서는전자로충만되어있고, 이들전자를전도대로천이시키기위해극히적은열적에너지소모 T=0 K T 50 K Fig 반도체에서불순물의에너지대역모형과화학결합모형 : (a) 도너준위로부터전도대역으로의전자공여

39 P-type semiconductor Acceptor impurity 외인성재료 Intrinsic Si에가전자대의정공수를증가시키기위해 3가불순물 (ex. B, Al, In, Ga) 원자를첨가 Covalent bonding model 에서의고찰 B의 3개의가전자는공유결합에이용되고나머지하나의결합은미완결로존재미완결결합은결합에참여하고있는전자들의위치교환에의해다른원자로이동미완결결합은이웃원자로부터하나의전자를받아들여결정내정공이생성실온에서거의모든불순물원자들이이온화하므로하나의불순물원자마다 1개의정공생성다수캐리어 : 정공 / 소수캐리어 : 전자

40 3.2.4 외인성재료 E c E c E a E a E v E v T=0 K T 50 K Fig 반도체에서불순물의에너지대역모형과화학결합모형 : (b) 억셉터준위에의한가전자대역의전자의수용과그로인한정공의생성

41 3.2.4 외인성재료 Si As e - h + B Fig 반도체에서불순물의에너지대역모형과화학결합모형 : (c) Si 결정의공유결합모형에서의도너와억셉터원자

42 3.2.5 양자우물에서의전자와정공 Al 0.3 Ga 0.7 As GaAs Al 0.3 Ga 0.7 As Fig 에너지간극이큰 AlGaAs 에둘러싸인얇은 GaAs 층에서의에너지대역불연속성. 이경우에는 GaAs 영역은매우얇아서가전자대및전도대에서양자준위들이형성된다.

43 3.2.5 양자우물에서의전자와정공 매우얇은 GaAs층이그보다넓은에너지간극을갖는두층의 AlGaAs 로둘러싸인다층구조에서의전도대역및가전자대역의공간적변화를나타냄 구속된전자나정공은전위우물에서의입자와같이행동함 좁은간극을갖는물질에서의전도대역전자들은정상적인연속준위를갖는것이아니고, 이산양자준위에구속됨 가전자대역의에너지준위들도양자우물에서의이산준위들로구속됨 GaAs 전도대에있는전자들은정상적인전도대준위에있지않고 E 1 과같은 전위우물에서의입자 준위에있게됨 양자우물의정공들은 E h 와같은이산준위를차지하게됨 반도체레이저나 high electron mobility 트렌지스터에응용

44 3.2.5 양자우물성장기계

45 3.3 캐리어농도 반도체의전기적성질을이해하고, 전자소자의동작을분석하기위하여전하캐리어의수를알아야함다수캐리어의농도는보통도핑을많이한물질에서는각불순물원자에대하여하나의다수캐리어가이루어짐소수캐리어의농도는비교적중요하지않음캐리어농도의식을얻기위해취할수있는에너지상태범위에서의캐리어분포상태를조사해야함캐리어분포상태는통계적방법이필요함

46 3.3.1 페르미준위 Fermi-Dirac 분포함수 (distribution function) 고체내의전자분포는스핀이 ½ 이므로 Fermi-Dirac 통계를따름 전자들의구별불가능성, 파동성및파울리의베타원리를고려해야함 열적평형상태에서허용된에너지준위범위에서의전자분포 f ( E ) ( E E ) 1 e 1 F kt k: Boltzmann 상수 f(e): Fermi-Dirac 분포함수 페르미준위는반도체의동작을분석하는데중요한양을나타냄

47 3.3.1 페르미준위 Fermi Level(E F ) 전자가발견될확률이 ½ 인에너지준위 f ( E F ) ( E E ) kt 1 1 e 1 [1 1 ] 1 2 F F Fermi-Dirac 분포함수는모든온도 에대해 E F 를중심으로대칭적 f(e) Fig 페르미 - 디랙분포함수 T=0 K E F 보다 ΔE만큼큰에너지준위에대해전자가있을확률은 E F 보다 ΔE만큼작은에너지준위에전자가없을확률과같음 ½ E F T 2 >T 1 T 1 T 2 E

3.3.1 페르미준위 At T=0 K f(e)=1, for E<E F : 전자가존재할확률 1(filled) f(e)=0, for E>E F : 전자가존재할확률 0(empty) E F 까지허용할수있는모든에너지상태 (energystate) 는전자로채워져있고 E F 위의모든상태는비어있음 At T=T 1 f(e) ½ Fig.

48 3.3.1 페르미준위 At T=0 K f(e)=1, for E<E F : 전자가존재할확률 1(filled) f(e)=0, for E>E F : 전자가존재할확률 0(empty) E F 까지허용할수있는모든에너지상태 (energystate) 는전자로채워져있고 E F 위의모든상태는비어있음 At T=T 1 f(e) ½ Fig 페르미 - 디랙분포함수 E F T=0 K T 2 >T 1 T 1 T 2 E T 가 0 K 보다큰경우 Fermi level 이상의에너지상태에대해전자들이점유할확률존재 E F 위에있는상태들에대해전자가채워져있을확률은 f(e) 이고, E F 아래에있는 states 가비어있을확률은 [1-f(E)] At T=T 2 온도가증가할수록 E F 보다큰에너지상태에전자가있을확률이커짐

49 3.3.1 페르미준위

Fig. 3-15 반도체에인가된페르미분포함수 (a) 진성반도체 ; (b) n 형반도체 ; (c) p 형반도체 f(e C ) E E C E F f(e C ) E a. 진성반도체물질에대해서는가전자대역의정공농도와전도 E C E F 대역의전자농도가같다 b.

50 Fig 반도체에인가된페르미분포함수 (a) 진성반도체 ; (b) n 형반도체 ; (c) p 형반도체 f(e C ) E E C E F f(e C ) E a. 진성반도체물질에대해서는가전자대역의정공농도와전도 E C E F 대역의전자농도가같다 b. N 형반도체물질에서는가전자 E V E V 대역의정공농도에비하여전도 대역의전자농도는크다 f(e) (a) Intrinsic ½ 0 f(e) (b) n-type ½ 0 N형물질에서분포함수 f(e) 는에너지눈금에서그의진 [1-f(E C )] E 성반도체경우의위치보다위쪽에있음 E C c. P 형반도체물질의경우페르미 준위는가전자대역가까이있어 E F E V E v 보다아래쪽 [1-f(E)] 의꼬리부분이 E c 보다위쪽 f(e) 의꼬 f(e) ½ 리부분보다도크게되어있음 (c) p-type

51 3.3.1 페르미준위

52 3.3.2 평형상태에서의전자와정공농도

53 3.3.2 평형상태에서의전자와정공농도

54 3.3.2 평형상태에서의전자와정공농도

55 Fig 반도체에인가된페르미분포함수 (a) 진성 ; (b) n 형및 (c) p 형반도체의열적평형에서의에너지대역 도, 상태밀도, Fermi-Dirac 분포및캐리어농도

56 3.3.2 평형상태에서의전자와정공농도

57 3.3.2 평형상태에서의전자와정공농도

58 3.3.3 캐리어농도의온도의존성

Fig. 3-17 온도역수의함수로서의 Ge, Si, GaAs 의진성캐리어농도. 실온에대한값들은참고로표시하였음.

59 Fig 온도역수의함수로서의 Ge, Si, GaAs 의진성캐리어농도. 실온에대한값들은참고로표시하였음. Intrinsic semiconductor 10 3 /T 로표시한그래프는거의선형 임의의온도에서 n i 값은일정

60 3.3.3 캐리어농도의온도의존성 Extrinsic semiconductor 1. Low temperature region - 매우낮은온도 ( 큰 1/T) 에서는무시할정도의작은진성 EHP존재 - Donor전자들은핵에강하게구속 (N-type의경우 ) 되어있으며, 온도가올라가면이들전자의일부가이온화 2. Ionization region - 약 100 K에서모든 donor 원자들은이온화되며, 전도대전자농도 n 0 는거의 extrinsic 농도 N d 가됨 3. Extrinsic region - 모든취할수있는 extrinsic 전자가전도대로천이되면 ni ( 온도에따라증가 ) 가 Nd와비슷하게될때까지 n0는일정

61 3.3.3 캐리어농도의온도의존성 전자소자에서열적 EHP보다도핑에의해캐리어농도를조절하는것이바람직. 따라서 extrinsic region이소자의동작한계온도를훨씬넘어서도록도핑 Intrinsic Extrinsic Fig 도너 /cm 3 으로도핑된 Si 에서의캐리어농도대온도역수의관계

62 3.3.4 보상과공간전하중성 Donor 와 acceptor 모두포함하는경우 (N d >N a ) Donor가우세하므로 n-type 반도체가되고, E F 가 E i 위에위치 Acceptor level은가전자대전자로채워지고그결과가전자대에정공이생성이정공은전도대에있는전자와재결합 (recombination) 하여없어지며, 이러한과정을보상 (compensation) 이라함 전도대의전자농도는 N d 대신 N d -N a E d EF E c E i E a E v Fig n 형반도체에서의보상효과 (N d >N a )

63 3.3.4 보상과공간전하중성

64 3.4 전계와자계에서의캐리어표동 고체에서의캐리어농도는전계나자계가존재할때전류흐름을계산하는데필요함전류가흐를때캐리어들의충돌과산란과정은온도에따르며, 격자원자의열적운동과캐리어들의속도에영향을줌반도체의 2가지전류전도기구표동 (drift) 전계인가에따른전자와정공의이동발생 확산 (diffusion) 캐리어농도불균일에기인 Graded doping, 적절한소스로부터의캐리어주입등에의해위치에따른농도변화가능 캐리어의격자및불순물산란 (scattering) 전류의흐름계산시 n, p와함께고려고체내에서이동도 (mobility, 캐리어가흐를수있는용이성 ) 에영향온도에의존하며격자원자의열적운동과캐리어속도에영향

65 Random scattering 전도도와이동도 고체에서의전하캐리어는열적평형상태에서도무질서한열운동 (random thermal motion) 을함각전자의열운동은격자진동, 불순물, 다른전자, 결함들과무질서한산란을함산란은무질서하기때문에어떤주기동안전체전자의순수한이동은없음 x 전계 Fig (a) 고체에서전자의임의 의열적운동 ; (b) 가해진전계에대한 v x μ n x 방향성있는표동속도. (a) (b)

66 Thermal velocity 전도도와이동도 전계가 x 방향으로인가될때

67 3.4.1 전도도와이동도 정상상태에대해가속과감속효과의합은 zero 이므로

68 3.4.1 전도도와이동도

69 3.4.1 전도도와이동도

70 3.4.2 표동과저항 옆의봉의저항 (R) L L 1 R wt wt Electric field Current Hole motion Electron motion 여기서 ρ : resistivity(ω-cm) x=l Electron motion Fig 반도체봉에서의전자와정공의표동

71 3.4.3 이동도에대한온도와도핑의영향 이동도에미치는온도영향 고온영역 : lattice scattering(phonon scattering) 결정내의캐리어는격자의열진동 (vibration) 에의해산란온도가증가함에따라격자의열적운동은증가하기때문에산란빈도수증가저온영역 : impurity scattering 차가운격자의원자일수록덜진동하므로격자산란은덜중요저온에서캐리어의열적운동이느려져 charged ion과의상호작용이커짐 Ionized impurity scattering이이동도감소에주된기구온도저하에따라이동도감소 ( 느리게움직이는캐리어는보다큰운동량을가지고있는캐리어보다대전된이온과의상호작용이강해져더산란이쉽게되기때문 ) 불순물에의한영향이동도는전체이온화된불순물농도 (N d+ +N a- ) 에따라변화캐리어농도증가 이동도감소 ( impurity scattering 증가때문 )

72 μ(cm 2 /V-s) (log scale) 이동도에대한온도와도핑의영향 Impurity scattering Lattice scattering T(K) (log scale) Fig 격자및불순물산란에따른이동도의근사적온도의존성

73 Mobility (cm -3 /Vs) Silicon Germanium 불순물의농도가증가함에 따라 impurity scattering 의 효과는고온에서도나타남 Gallium Arsenide Fig K에서의 Ge, Si, GaAs의도핑농도 (N a +N d ) 에따른이동도의변화 Impurity concentration (cm -3 )

74 For low electric field 강전계효과 Drift velocity 는전계에비례하고, 이동도는일정 d E Drift current 는전계에비례하고, 전도도는전계에따라변화하지않음 J E Ohm 의법칙은성립 For high electric field 전계에의한캐리어의 drift속도는 mean thermal velocity ( 10 7 cm/s) 에서포화 scattering limited velocity 그이상의전계 (>10 3 V/cm) 에대해서속도는더이상증가하지않고, 전달된에너지는캐리어의속도증가보다격자에전달

75 3.4.4 강전계효과 Fig Si 에대한강전계에서의전자표동속도의포화

76 3.4.5 홀효과 p-type bar 에서정공이표동하 는방향에수직으로자계가인 가되면정공의경로가편향 자기장이정공의분포를 y방향으로 shift시키면서 E y 가생성되는데, 이를 Hall effect라함. 이전기장에의해서정공은안정적흐름을유지 Fig The Hall Effect

77 3.4.5 홀효과

78 3.4.5 홀효과 Hall coefficient

79 3.5 평형에서의페르미준위와일정성 평형상태페르미준위에대한수식적고찰 ( 전자가그사이에서움직일수있을정도로 가깝게붙어있는두물질을고려함 ) E E F Material 1 Density of states N 1 (E) Fermi Distribution f 1 (E) Material 2 N 2 (E) f 2 (E) x Fig 평형에서밀착되어있는두물질. 전자의실질적인이동은없으므로평형페르미준위는전체적으로일정해야한다. 평형페르미준위E F 에서단절이나경사도가없다.

80 3.5 평형에서의페르미준위와일정성 이물질들은서로다른반도체들이거나, n 형과 p 형영역이거나금속과반도체, 또는단순히서로붙어있는두개의불균일도핑반도체임. 각물질은전자들이차지할수있는에너지준위의분배를설명하는페르미-디랙분포로설명될수있음. 열적평형상태에서는전류도없고전하이동과에너지이동의실질적인값도없음. 각에너지 E 에대하여물질 1 에서물질 2 로전자의어떠한이동도, 정확하게물질 2에서물질 1 로가는전자의반대이동으로균형이이루어져야함. 물질 1 의에너지 E의상태밀도를 N 1 (E) 라하고, 물질 2에서는 N 2 (E) 라하면, 에너지 E에서 1에서 2로가는전자이동도는물질 1 의 E에서채워진상태의수와물질 2 의 E에서빈상태의수를곱한수에비례함.

81 3.5 평형에서의페르미준위와일정성

82 Homework #3 고체전자공학제 6 판 Chapter 3. 연습문제 문제 3, 문제 7, 문제 12, 문제 15, 문제 22

83 연습문제 3.3

84 연습문제 3.7

슬라이드 1

슬라이드 1 Chapter 3. nergy Bands and Charge Carriers in Semiconductors ( 에너지대역과반도체에서의전하캐리어 ) 3.1.1 고체에서의결합력 이온결합 (ionic bonding) 알칼리의할로겐화합물 (ex. NaCl) Na와 Cl사이의전자교환이이루어지면최외각궤도는 8개의전자로완전히 채워짐. Na(z 11) Cl(z Na Na