물리는 무리야

안녕하세요 물리는 무리야 입니다. 앞서서 에너지 밴드 갭이 어떻게 형성되는 지에 대해서 알아보았습니다. 모든 고체는 각자 고유의 에너지 대역구조를 갖고 있습니다. 이러한 대역구조의 변화는 여러가지 물질에서 관측되는 광범위한 전기적 특성의 원인이 됩니다. 그렇다면 고체인 금속,반도체,절연체는 어떤 에너지 밴드 구조를 가질까요? 1.도체 금속체에서는 에너지대역들이 겹쳐지거나 부분적으로 충만되어 있어서, 대역 내에서 전자와 빈 에너지 상태가 서로 혼합되어 있습니다. 이러한 전자들은 외부정계의 영향하에서 자유롭게 이동할 수 있습니다. 그러므로 금속은 높은 전기전도도를 갖고 있습니다. 2.절연체 절연체에서는 전자로 채워진 부분과 채워지지않은 부분 사이에 존재하는 에너지 갭이 매우 커서 전자가 전도대에 도달하기 매..

안녕하세요 물리는 무리야 입니다. 건너뛴 2장에서는 전자들이 원자 내에서 일련의 불연속적인 에너지 준위로 한정되어 있음을 확인 부분입니다. 2장 내용은 3장의 내용과 같이 설명하도록 하겠습니다. 에너지 준위에는 전자가 존재할 수 없는 큰 에너지 간극(Gap)이 있습니다. 이와 같이 고체 내에서 전자들도 특정한 에너지값을 갖도록 제한되어 다른 에너지 준위에는 있을 수 없습니다. 이러한 에너지값의 영역을 대역(Band)라고 합니다. 그렇다면 이 대역은 어디서부터 기초되어 형성된 것일까요? 이것을 알아보기 위해서는 우리가 보어의 수소 원자 모델로 돌아가야 합니다. 보어 이전에 제시되었던 러더퍼드의 원자모델은 핵을 중심으로 전자가 궤도운동을 하며 주위를 도는 모형이었습니다. 하지만 이러한 해석은 단순히 고전물리..

안녕하세요 물리는 무리야 입니다. 이번에는 고체에 작용하는 결합력에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 고체에서 인접한 원자의 전자 상호간의 작용은 결정체를 뭉쳐 있게 하는 매우 중요한 기능을 나타냅니다. 결합력은 2개의 원자간 거리에 따른 인력, 척력 및 순수힘의 합이라고 생각해시면 됩니다. 결합력과 비슷하게 결합에너지는 2개의 원자간 거리에 따른 인력, 척력 및 순수 에너지의 합입니다. 이떄 에너지는 다음과 같습니다. $$E = \int Fdr$$ 그러므로 힘은 0 즉, 인력과 척력이 같을 때 에너지는 가장 낮을 때 가장 안정된 상태라고 말할 수 있습니다. 1.이온 결합 반대 전하에 의한 인력이 안정한 결합을 만드는 것입니다. 금속원자와 비금속 원자가 만나는 경우를 이온 결합이라고 합니다. 이온화 에너지가..

안녕하세요 물리는 무리야 입니다. 이번에는 에피택셜 성장(epitaxial growth)/에피택시(epitaxy)에 대해서 알아보겠습니다. 소자의 응용을 위해서 사용하는 결정성장방법 중 하나인 에피택셜 성장(epitaxial growth)/에피택시(epitaxy)는 호환성 있는 결정으로 이루어진 웨이퍼 상에 얇은 결정을 성장시키는 것 입니다. 기판 웨이퍼 위에 일정한 방향성의 단결정을 성장시키는 방법입니다. 기판이 seed 역할을 하여 벌크(bulk) 결정과 박막형 결정을 성장시킵니다. 에피택셜 성장시 기판결정의 용융점보다 훨씬 낮은 온도에서 행해지며, 성장막의 표면에 적절한 원자를 공급하기 위한 다양한 방법이 사용되었습니다. 에피택셜 성장시 중요하게 고려되어야하는 것은 소재의 격자 구조및 격자 상수입니..

결정 성장시 고체 내 원자의 배열의 흐트러짐은 반도체 생산시 전기적 특성에 영향을 미치게 됩니다. 하지만 우리가 앞서 이야기 했던 결정격자 부분에서 완벽한 단결정의 재료를 만드는 것은 매우 어렵다라고 말했었습니다. 그 이유로 1. 격자 진동 (Lattice vibration) 완벽한 단결정 내에서 원자들은 격자상수 만큼의 일정한 거리를 유지하면서 격자내에서 위치하지만 열에너지에 의한 진동을 하게 되어 일정거리를 유지할 수 없게 됩니다. 이로 인해 완벽한 단결정은 거의 불가능합니다. 2. 결함 (Defect) 1) 점결함 (Point defect) 점결함에는 정 위치에 있어야할 원자가 없는 Vacancy, 격자 위치 사이에 원자가 존재하는 Interstitial 두 종류가 있다. 위 두가지 경우로 인하여 ..

안녕하세요 물리는 무리야 입니다. 이전 포스팅에서 결정질에 가까울수록 좋다고 하였는데 그렇다면 결정을 이루기 위한 원자들의 결정구조에 대해서 알아볼 필요가 있습니다. 금속의 결정구조는 제일 간단한 구조이며, 가급적이면 조밀하게 충진(구멍따위를 메꾸는 것)되려고 합니다. 그이유는 - 결정시 보통 한가지 원소로 되어 있어서 원자 반경이 모두 같습니다. - 비방향성 결합입니다 - 가장 인접한 원자와의 거리가 최소가 되어야 결합에너지를 낮춰 안정해 질 수 있습니다. - 전자운(Electron cloud)이 금속원자 이온코어를 차폐해주기 때문입니다. 규칙적으로 반복되는 모습을 체적 혹은 셀(cell) 이라고 합니다. 셀은 변의 길이와 변 사이의 각도에 따라서 7가지로 구분할 수 있습니다. 가장 기본적인 단위셀에 ..

안녕하세요 물리는 무리야 입니다. 이번에는 반도체의 특성 소개에 앞서서 반도체를 이루는 물질 속 원자의 배열에 대해 이야기 해보고자 합니다. 우리는 보통 물질을 고체, 액체, 기체로 분류하게 됩니다. 그 중에서 우리가 이야기하고자하는 반도체는 고체인 물질입니다. 고체 또한 원자배열에 따라서 분류가 됩니다. 1. 결정질 고체 (Crystalline solid) 결정질 고체의 경우 기본적인 원자배열이 전체 고체에서 되풀이되는 경우입니다. 그러므로 결정질 고체는 주기성, 장거리 질서(long range order), 융점(melting point) 일정인 특성을 보입니다. 결정질 고체는 정말로 이상적인 고체입니다. 이상적이다라는 말은 만들기가 거의 불가능에 가깝다는 뜻입니다. 단결정 고체의 가장 큰 장점은 우..

안녕하세요 물리는 무리야 입니다. 고체전자공학을 배우는 목적인 반도체란 무엇일까요? 반도체는 말그대로 도체(conductor)와 절연체(insulator) 사이의 전기전도도(Electric conductivity) σ를 갖는 재료입니다. (전기전도도의 역수는 전기 비저항(Electrical resistivity) ρ) 종류 전기비저항 ρ (Ω·cm) 도체 10^-6 반도체 (실온) 10^-2 ~10^9 절연체 10^14~10^22 이것만이 아니라 반도체와 도체 및 절연체를 구분할 수 있는 주요한 성질은 에너지 대역 간극(Energy Band Gap) 입니다. 밴드갭의 경우 보통 0.1eV에서 3eV정도 사이의 밴드갭을 가지는 경우 반도체이고 그 이상은 부도체 그이하는 도체 입니다. (예외는 있을 수 있습..

https://search.shopping.naver.com/book/catalog/32473358985? 고체전자공학 : 네이버 도서 네이버 도서 상세정보를 제공합니다. search.shopping.naver.com 이 글은 Ben G. Streetman의 고체전자공학(Solid State Electronic Devices) 를 사용합니다. 안녕하세요 물리는 무리야 입니다. 처음시작은 고체전자공학으로 시작할까 합니다. 학교 수업 중 가장 흥미롭게 들었던 수업이여서 선정하게 되었습니다. 목차는 [Chapter 1] 결정체 성질과 반도체 결정의 성장 1.1 반도체 재료 1.2 결정격자 1.3반도체 결정의 성장 1.4 에피택셜 성장 [Chapter 3] 에너지대역과 반도체에서의 전하 캐리어 3.1 고체에서의..