반도체 면접 정리 #1

반도체 에너지 밴드와 밴드 갭

 

원자 - 원자핵과 전자로 구성

파울리의 베타 원리에 의해 한 에너지 준위에 2개의 전자가 허용된다.

 

에너지 밴드: 수 많은 원자가 있을 경우 에너지 준위가 중첩이 되고, 파울리의 배타 원리에 의해 원자의 전자가 가질 수 있는 에너지 준위가 미세하게 변하게 되어 에너지 준위가 밴드 형태로 폭을 가지는 현상.

 

페르미 준위: 절대온도 0K에서 전자들은 가장 낮은 에너지 상태에 존재하는데, 이때 전자의 최대 에너지 값을 페르미 준위라고 한다. 

가전자대: 가장 아래쪽에 최외각 전자가 채워진 밴드

전도대: 최외각 전저가 에너지를 얻어 올라올 수 있는 전자가 채워져 있지 않는 위쪽의 에너지 밴드

전도대 최소 에너지 값 - 가전자대 최대 에너지 값 = 에너지 갭

 

부도체: 밴드 갭이 5eV 이상, 가전자대의 전자가 전도대로 쉽게 올라가지 못해 전도에 참여할 수 없고 전기 전도성이 낮은 물질.

반도체: 밴드 갭이 0.1eV~4eV, 상대적으로 작은 에너지로도 가전자대의 전자가 전도대로 올라가 전도에 기여할 수 있는 물질.

도체: 가전자대와 전도대가 중첩되어 밴드 갭이 없는 물질, 전기 전도가 쉽게 일어남.

 

PN Junction

 

P type + N type = PN Junction

P type majority carrier = hole

N type majority carrier = electron

In depletion region, Recombination h + e = space charge (공간전하) → Built in potential 발생

 

Depletion = 자유전자 없고, 공간전하만 존재하는 영역, space charge는 P type에서 (-)를 가지고, N type에서 (+)를 가진다.

 

Forward Bias Vf = q(Vbi - Vf)

Reverse Bias Vr = q(Vbi + Vr)

 

PN 접합의 전류 특성 

1. Drift current: 내부전계에 의해 전자가 아동하며 흐르는 전류

2. Diffusion current: 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하며 흐르는 전류

 

평형 상태 = Drift C =Diffusion C

Forward Bias = Dirtf C < Diffusion C(↑)

Reverse Bias = Drift C > Diffusion C(↓) - Leakage Current 발생

Leakage C 줄이는 방법: 공핍층에 소수 반송자가 발생할 가능성을 줄인다 = 전자-정공쌍(EHP) 형성을 억제한다.

 

Junction Breakdown

Avalanche Breakdown = 역방향 전압이 아주 큰 경우에서 발생, 격자 구조와 Impact Ionization에 의해 EHP 형성이 산사태가 일어나는 것처럼 가속적으로 발생하여 과도한 전류가 흐르는 현상.

 

Zener Breakdown = P type 가전자대 영역과 N type 전도대 영역이 엇갈리는 상황에서 전위장벽의 폭이 충분히 좁을 경우 tunneling 현상이 일러날 수 있고, P type 에서 N type 로 전자 터널링이 발생하면서 큰 역방향 전류가 흐르는 현상.