[Electron] PN 접합과 금속-반도체 접합
1. PN 접합 이론의 기초적 요소Permalink
1.1 PN 접합의 에너지 밴드 다이어그램과 공핍층Permalink
- 계단 접합(가파른 접합) : P 층과 N 층이 각각 억셉터 농도 Na와 Nd로 균일하게 도핑되었다고 가정하는 이상적인 PN 접합
평형 상태 혹은 제로 바이어스 전압에서 PN 접합 에너지 밴드 다이어그램을 구성하는 단계
- 평형상태에서는 단 하나의 페르미 준위만 존재하기 때문에 EF에 해당하는 수평선을 그린다.
- 접합으로부터 먼 곳에서는 한 쪽에는 N형 반도체를 갖고(EF에 가까운 Ec를 갖고)를 갖고 다른 한 쪽에는 P형 반도체를 갖는 것(EF에 가까운 Ev를 갖는 것)을 보여준다.
- N층부터 P층까지 Ec를 연결하는 Ec 아래로 일정한 Eg만큼 간격을 유지하면서 Ec를 따라 부드러운 곡선을 그린다.
PN 접합은 중성 N층, 중성 P층, 공핍층으로 나뉜다.
공핍층 : 전자와 정공들이 공핍되어 있는 층
1.2 내부 전위Permalink
내부 전위 : 중성 N 영역과 중성 P 영역 사이에 존재하는 내부 전위
2. 공핍층 모델Permalink
PN 접합의 3 구역 분할 : x>xP의 중성 영역, x<−xN의 중성 영역, 두 중성 영역 사이의 p=n=0인 공핍층(공핍 영역)
2.1 공핍층에서 전계와 전위Permalink
도핑을 많이 할수록 도핑을 많이 한 쪽의 공핍층 폭이 더 좁아진다.
일방형 접합 : 농도차가 매우 큰 비대칭 접합(N+P 접합, NP+ 접합)
공핍층은 상대적으로 도핑을 적게 한 쪽으로 주로 침투하고, 따라서 강하게 도핑된 물질의 공핍층 폭은 종종 무시된다.
2.2 공핍층의 폭Permalink
공핍층 폭은 상대적으로 더 적게 도핑된 쪽의 도핑 농도에 의해서 결정된다.
3. 역 바이어스된 PN 접합Permalink
- 역방향 바이어스 : N 영역에 양의 전압을 가하는 것
역 바이어스 상태에서는 매우 작은 전류가 흐른다.
4. 커패시턴스-전압 특성Permalink
PN 접합은 평행-판 커패시터로 모델링할 수 있다.
Cdep=AϵsWdepWdep는 도핑 농도를 줄이거나 역 바이어스를 가함으로써 증가시킬 수 있다.
5. 접합 항복Permalink
제너 다이오드 : 제조자에 의해 엄격하게 조절된 항복 전압을 갖고 항복 모드에서 동작하도록 설계된 PN 접합 다이오드
5.1 피크 전계Permalink
PN 접합에서 피크 전계가 임계치에 도달하면 접합 항복이 발생한다.
5.2 터널링 항복Permalink
충돌 이온화 : 전계가 점점 증가하면서 공핍층을 가로지르는 전자는 점점 더 높은 운동 에너지를 얻는다. 그 중 일부는 전자를 가전자 대역으로부터 전도 대역으로 옮길 정도로 충분히 큰 에너지를 가질 것이고, 이 에너지는 전자-정공 쌍을 생성시킨다.
애벌런치 항복 :
6. 정 바이어스 상태에서 캐리어 주입 - 유사 평형 경계 조건Permalink
- 소수-캐리어 주입 : 정 바이어스 전압은 장벽의 높이를 축소시킨다. 이것은 드리프트 전계를 축소키시고 제로 바이어스에서 존재하던 확산과 드리프트 간의 평형을 깨뜨린다. 그래서 전자들은 N쪽에서 P쪽으로 확산할 수 있게 된다.
- 유사 평형 경계 조건(쇼클리 경계 조건) : 정 바이어스 전압이 공핍층 가장자리에서의 소수 캐리어 농도를 인자 eqV/kT배만큼 증가시킨다는 것을 나타낸다.
- 소수 캐리어 추출 :
7. 전류 연속 방정식Permalink
- 확산 길이 :