안녕하세요! 취직 준비중에 반도체 관련 지식이 필요해 인강 수강중인 취준생입니다!

1. N-type, P-type 반도체할때 이N, P가 무엇의 약자인가요? 혹은 어떤 의미가 있나요?

2. GaAs가 휘발성 차이때문에 Asvacancy가 생겨 실제로는 slight n-type이라고 설명해주셨는데 잘 이해가 안갑니다 ㅜㅜ

Ga의 빈 state가 acceptor level을 만들어서 p-type이 돼야할 것 같은느낌(?)이라서요...!

반도체 전공을 수강하지 않아서 LG디스플레이 삼성전자SK하이닉스 등 기업 면접 대비하기가 곤란했는데

아직 몇 강 수강하지는 않았지만 설명을 잘 해주셔서 이해하기가 수월합니다.

계속 수강해나가면서 모르는 것 있으면 또 질문드리겠습니다 감사합니다 ㅎㅎㅎ

답)

1) n  type p type에서 n은negative의 약자이고 p는 positive의 약자입니다.

n type의 경우majority carrier가 전자 (electron)이고 – charge를 띄고 있기 때문에 n type이라 간략하게 말하고p type의 경우 majority carrier가 정공(hole)이고 +charge를 뜨고 있기 때문에 p type이라 간략하게 부릅니다.

2) Ga은 물질적으로 고체 덩어리입니다. 순수 Ga덩어리를 본적이 있는지 모르겠는데 실제로 보면 물컹물컹한 고체 덩어리처럼 되어있습니다. As도 물질적으로는 덩어리처럼 보이지만 공기중에 가만히 놔두면 휘발성이강해서 점점 양이 줄어드는 것을 볼 수 있습니다.  따라서 Ga 대비 As이 휘발성이 강해서 Ga과 As이1:1 로 결합하면 완전한 GaAs가 될텐데 As이 휘발성이 강해서 GaAs 합성시 아무리 Ga 함량을 1을 넣고 As을좀 더 많은 양을 넣어 고온 열처리로 합성하여 1:1로 만들려고 해도As 빈자리가 생긴다는 뜻입니다. 전문 용어로는 As의vapor pressure가 크다고 하지요. Vaporpressure가 크다는 얘기는 As이 휘발성이 있어서 어떤 일정 공간안에 두면 As의 기체화로 공간내에 기압이 조금 상승한다는 뜻으로 이해하면 됩니다.

여기까지 이해했으면 Ga과 As이 결합할 때 드문드문 As의 빈자리가 생기겠지요.

원래 GaAs의 경우 Ga의 최외각 전자 여분 3개가 있고 As는 최외각에 전자를 받을 수 있는 빈 state가 3개가 있습니다. (교안 1d 18페이지참고)

하지만 드문드문 As의 빈자리 (Vacncay)가 있어서 Ga으로 나온 3개의 여분 전자가 As으로 가야하는데 갈 데가 없어서 그냥 자유전자로변해버리는 거지요. 문제는 GaAs 결정화과정에서 아주 정성스럽게고온 장시간 열처리를 해서 As의 빈자리가 많지는 않습니다. 그래서자연스럽게 n type(3개의 여분 자유전자때문)이 되지만아주 약한 n type 다시 말해 n- type ( n minustype)이 된다는 뜻입니다.

이해가 되었기를 바라고

제가 얼마전만해도 삼성전자, 삼성디스플레이신입사원 면접관으로 매년 활동을 했기 때문에 삼성전자 나 삼성디스플레이에 지원시 심사위원이나 면접관에 눈에 띌만한 자소서와 면접에 관한 도움도드릴 수 있으니

도움이 필요하면 언제든지 요청하기 바랍니다. 다만취업이 성공하면 앤디솔에서 금전적 요구는 안 하겠지만 간단한 인터뷰를 통해 광고로 활용을 요청드리고자 합니다. 지금도물리학과 여학생을 자소서를 고쳐주어 삼성전자 1차 합격시켰습니다. 내일은앤디솔 사무실에 방문하여 면접에서 합격할 수 있는 방법을 알려주려 합니다. 파이팅하시고 원하는 회사에꼭 취업하기를 기원합니다.

질문)

기본적인 질문일수 있는데 ..

앞서 설명할때   전자  ,  state   ,  홀이 있다고 설명하셨잖아요.

그리고 p n 정션일때

전자는 p 쪽으로 , 홀은 n 쪽으로 간다고 하셨는데 .

요기서 궁금한게 .

전자는 간다는건 이해가 가는데 .

1. 홀이 간다는건   (+ 차지된 state) 가 이동한다는 의미인가요 ?  

2. 아니면 전자가 이동해서 +된다는의미인가요 ?

3. 마지막으로 제가 생각으로는 홀이 +차지된 state 라고 생각했는데.. 이건 맞는건가요 ?

답) 먼저 전자와 hole 그리고 state의 정의를 다시한번 정리를 해보겠습니다.

Si의 최외각궤도(Orbital)에는4개의 전자가 채워진 state와 전자가 전혀 들어가있지않은 빈 state로 존재합니다. 전자가 채워진 state에서 전자가 외부에너지등으로 빠져 나가게 되면 상대적으로 +charge가 되겠지요 우리는 이것을 hole이라 부릅니다. 비여있는state를 hole이라 부르지 않습니다.

+charge 인 이유는 전자가채워진 state가 원래 상태였고 빈state도 원래상태였으니 모두 중성 neutral입니다.

하지만 전자가 채워진 state에 –charge인 전자가 빠져 나가면 당연히 +charge가 되겠지요. 그리고 빈state는 중성이었는데 전자가 들어오면 –charge가 되는 것입니다. 이제 여기까지 이해를 했구요.

1. 홀이 간다는 건   (+ 차지된 state) 가 이동한다는 의미인가요 ?  

=> 홀 즉 +charge된state가 이동하는 것이 맞습니다. Hole도 전자처럼질량을 가지고 있습니다. 물론 물질마다 각각 고유의 전자와 hole의질량도 가지고 있고 각각 이동도 속도도 다른 값을 가집니다.

3. 마지막으로 제가 생각으로는 홀이 +차지된 state 라고 생각했는데.. 이건 맞는건가요 ?

=> 위에 설명한 것처럼 전자가 채워진 state에서 전자가 빠져나간 것을 hole이라 했으니 +차지된 state가 맞습니다.

개념은 잘 잡았는데 확신이 안섰던거라 생각합니다.

나머지부분도 파이팅하기 바랍니다.

질문)

챕터1c  첫번째 문제

300K일때와 400K일때 확률을 구할때 계산하는 과정이헷갈립니다.

온도가 300K, 400K 일 때, 3kT위의 확률을 구하는 경우

식에 대입할때

300K : 1/(1+e^3kT/kT) >> 1/(1+e^3)>> 4.74%인 것은 알겠는데

400K : 1/(1+e^3kT/kT)>>1/(1+e^3) >> 4.74%가 나옵니다.

T값이 300kT일때나 400kT일때나 분자가 3kT라고 했으므로 T값에 상관없이 

분모, 분자의kT가 약분되어 두 식 모두 분모에는 1+e^3이 나와야하는것 아닌가요?

어디서 잘못된건지 궁금합니다

답)

좀 혼돈이 되지요? 저도 처음 공부할 때 헷갈렸던 부분입니다.쉽게 물리적으로 설명을 드리겠습니다.

먼저 확실히 하고 넘어갈 부분은

300K : 1/(1+e^3kT/kT)

400K : 1/(1+e^3kT/kT)

에서 분자 3kT는 300K든 400K에서든 상관없이 T=300K에서 3kT이고 분모 kT는 300K일경우와 400K 일 경우로 나누어야 합니다.

반도체에서 T=300K는 가장 많이 다루는 온도입니다. (실온27C)

 그리고 kT, 3kT등과 같은 용어를 종종 사용합니다. 에너지 준위가 밴드갭내에어디쯤 있다를 이런식으로

간단하게 표현하는 경우가 종종 있습니다. (뭐든지 간단하게 표현하면 보는 사람도 편하지요. 만약 3kT를

3x 0.0259eV= 0.0777eV위치에 에너지 레벨을 표시하면 얼마나머리가 아프겠습니까?)

다시 얘기해서 반도체에서 Fermi level(Ef)에서 얼마나 위에 존재하는 에너지 레벨이냐라는뜻입니다.

좀 더 정확히 표현하면 1/(1+e^((E-Ef)/kT)) fermi level은 전자를 발견하는확률이 1/2인데 거기보다 좀더 위에 있는 에너지 레벨 즉 3kT (좀복잡하게 쓰면 3x0.0259=0.0777eV) 위치하는 곳에 전자의 발견확율을 물어보는 문제입니다. 여기서 3kT는 300K에서의3KT라는 것을 다시 강조합니다.

다음은 분모의 kT입니다. 대부분은T=300K에서 반도체를 분석하지만 때론 T=400K인 경우도다루게 됩니다.

그래야 시험문제도 낼 수 있고 차량내와 같은 높은 온도에서 반도체내의 전자의 움직임도 예상할 수 있을테니까요.

강의 자료 1b 7페이지를 보면 T1이 나오고 T2가 나올겁니다.

T1을 300K라 생각하고 T2를 400K라 생각하면 될 것 같네요.

에너지 밴드갭내에 전자의 분포를 설명한 그림인데 300K보다는 400K가 훨씬더 열에너지를 받아 밴드갭내 전자들이 활성화 된 것을 표현한 것입니다. 300K 대비 400K에서 전자들이 C.B로 더 많이 치고 올라가는 현상을 볼수 있을 겁니다. 강의에서도수증기를 예를 든 것 처럼 목욕탕 물온도를 올리면 수증기가 더 많이 천정으로 치고 올라가겠지요. 같은이치라고 생각하면 됩니다. 따라서 300K일 때 kT는 우리가 반드시 외워야하는 값 0.0259eV가 되고 400K에서는 kT값이 얼마냐 혼돈이 되면 아래식

300K : 0.0259eV = 400K : x 에서 x=0.0259x(400/300)으로 쉽게 구해집니다. x=0.0345eV가 될것입니다.

여기서 말하고자 하는 것은 300K와 400K에서페르미 디락 분포식이 물리적으로 수증기가 천정으로 더 치고 올라갈거라고 상상한 것을 페르미 디락식으로도 그대로 표현될 수 있다는 것을 보여주려고하는 겁니다.

따라서 e^3kT/kT 에서 분자(3kT)는 위치를알려주는 정보이고 분모 kT는 fermi-dirac분포에서분포모양을 바꿔주는 역할을 합니다.

자 헷갈렸던 위 식을 다시 가져오겠습니다.

300K : 1/(1+e^3kT/kT) >> 1/(1+e^3)>> 4.74%인 것은 알겠는데

400K : 1/(1+e^3kT/kT)>>1/(1+e^3) >> 4.74%가 나옵니다.

위식에서 다시 생각해야 하는 부분이

300K : 1/(1+e^3kT/kT) = 1/(1+e^3*0.0259/0.0259)= 4.74%

400K : 1/(1+e^3kT/kT)= 400K : 1/(1+e^3*0.0259/0.0345) = 9.44%

가 되는 겁니다.

상식적으로 생각해도 전자나 수증기가 높은 온도에서 fermi level에서 3kT정도 위에 떨어진 부분에 더 많은 전자나 수증기가 존재할거다 (4.74% 대비9.44%) 를 수식으로 표현해준 것입니다.

강의에서도 얘기한 것처럼 fermi-dirac 분포 함수식이 발명되지 않았다면 반도체를 지금까지해석 할 수도 없었고 발전 시키지도 못했을 거라 생각이 듭니다.

혹시 이해가 안되면 언제든지 다시 물어봐주기 바랍니다.

나머지 부분도 화이팅입니다.

질문)

반도체수강하다가 1강c에서 예제문제 부분을 풀었는데

Problem) 3kt above Fermin level at 300k 

Sol ) 1/(1+e^0.01) * 100 = 49.75 % 가나오는데 프린트에는 4.97%가 나와서 질문드립니다

답)

먼저페르미-디락 분포식에 따라

T=300K에서 원하는 에너지 준위를 위 분포식에서 정중앙 페르미 레벨에 가져다 놓으면 E=Ef가 되고

exp(Ef-Ef/kT)=1이 되어 f(E)=1/(1+1)=0.5, 즉전자를 발견할수 있는 확율이 50%가 된다는 뜻입니다. 하지만원하는 에너지 준위를 기준점 페르미 레벨보다 3kT위에서 전자를 발견할수 있는 확율이 얼마이냐를 물어보는질문인데..아래와 같이 계산이 되고

F(E)=1/(1+exp(3kT/kT(300)))=1/(1+exp(3))=1/(1+20.086)=4.74%이 맞습니다.

(프린트물은4.94%라고 나왔는데,이부분은 계산기 착오인것 같습니다)

최형은님과 제 계산이 다른점은 exp^0.01과 exp^3차이인것 같은데 F(E)=1/(1+exp(3kT/kT(300)))식에서  kT(300)은 T=300K에서 kT라는 뜻 즉 0.0259eV입니다.

kT값이 300K 이냐아니면 400K이냐 에 따라 달라지기 때문에 일부러 kT(300)과 kT(400)을 넣었을 뿐입니다. 가끔 교수님들이 문제를 변형하기위해 300K가 아닌 400K에서도 문제를 내기 때문에 혼돈하지 말라고 300이라는 숫자를 넣었을 뿐입니다.

참고로 400K에서 kT 값은 0.0345eV입니다. 페르미디락 분포곡선모양이 변형됩니다. 온도가 바뀌면..

또 문제있으면 언제든 질문을 주세요. ^^

질문) 강의 1h에서 추가 electron 또는 hole농도는 항상 같은가요?

답)이것도 기본적으로 따져야 하는 문제가 CB의 전자수와 VB의 전자수가 같다면 우선 fermi level이 정중앙에 있다고부터 시작해야합니다.

만약 추가 electron. 홀수가 같을 수도 있겠지만 기본적으로 반도체가 n type이냐  p type이냐를 따지고 CB의 전자수와 VB의 홀수를 따져서 fermi level의 위치가 자동적으로 정해집니다. 추가적으로 생긴 CB전자수와 VB 홀농도는 같지만 최종적으로는 추가 전자 홀 이외에도 원래 300K정도에서 올라간 전자들, VB홀들도 고려해서

total CB의 전자수와 VB의 홀수(농도)는 n type p type에 따라 달라질수 있습니다. 최초 질문은 excess electron hole농도는 항상 같은 건가요의 질문의 답은 그렇다고 할수 있습니다. 다만 최종 전자와 홀수는 달라짐을 알아두시라고 길게 설명했습니다.

질문) fermi level이 중간에있지 않고 위나 아래에 있을때 conduction band위에 전자의 갯수가 valence band아래의 홀 갯수보다 많아지는데 doping 또는 열에 의해서 valence band의 전자가 excitation이 되서 conduction band로 가는걸로 알고있습니다.

이게 맞는지 궁금합니다.  

답) fermi level이 중간에 있는 것은 도핑이 전혀되지 않은 intrisic 상태만 그렇고 fermi level을 위아래로 가져다 놓은 것은 실제로 donor level이나 acceptor level이 존재하는 즉 doping이 되었을때 입니다. n type p type 도핑을 강의하기 전에 fermi level을 위아래 가져다 놓을것을 설명해서 좀 헷갈렸을지도 몰라서 강의중에 제가 앞으로 n type p type에서 다루어 질겁니다라고 했습니다.

또한 열에 의해서도 fermi level이 움직이지만 반드시 생각해야하는것은 V.B 전자가 올라가서 C.B에 존재할 경우 C.B electron수와 V.B 홀수가 같다면 fermi level은 정확히 밴드갭 중앙에 와있어야 합니다 이것이 페르미-디락분포식의 정의입니다. 하지만 fermi level이 C.B 또는 V.B 근처에 있다는 것은 더이상 C.B의 전자수와 V.B의 홀수가 같지 않은 상태이고 C.B 근처에 존재하면 전자의 수가 홀수 보다 많은 상태 즉 majority carrier가 전자가 되고

V.B근처에 fermi level이 존재하면 홀의수가 전자의 수보다 많은 상태 즉 majority carrier가 홀이 되는 것입니다. 그래서 우리는 이것을 n type p type이라 부릅니다.

다시 열에 의해서 fermi level이 움직이는 것은 교안 1e 15페이지 1f 12페이지에 설명하는 것처럼 CB에 전자수가 VB의 홀수보다 많으면 fermi level은 CB근처

VB홀수가 CB전자수보다 많으면 fermi level은 VB근처에 존재한다고 보면 됩니다.

질문) 강의 1g에서mobility가 life time에비례한다고 하셨는데 mobility가 더 좋으면 electron과 hole이 더 충돌할 가능성이 높아서 life time에 반비례해야되지않을까요? 왜냐하면 가벼우면 더 활동성이 높아질거 같은데 이상하네요....

답) 좋은 질문입니다. 전자와 홀의 충돌가능성이 높다는 것은 어떤 상태일까요? 전자와 홀의 농도와 관계가 있습니다. 농도가 높으면 더 충돌할 가능성이 높겠지요?

그래서 metal은 effective mass가 작아서 기본적으로 mobility가 커야할 조건을 가지고 있는데도 불구하고 실제 이동도가 상당히 낮은것은 전자의 농도가 너무너무 높아서 김xx님이 생각하는 것처럼 충돌이 금방일어나 이동도가 낮은 것입니다. 이것을 우리는 carrier scattering에 의해 life time이 짧아져서 이동도가 낮아진 것입니다. (참고로 교안 1g 7페이지에 설명을 했습니다. 반도체의 농도는 대부분 10e16~10e17정도라 이정도에서 대부분 lifet time은 비슷하고 교안 1g 6페이지 아래오른쪽 그림처럼 농도가 올라갈수록 실제로 이동도는 떨어집니다.  간단히 말해서 가벼우면 활동성이 높아지는 것은 사실이지만 충돌 가능성은 농도가 어느정도 이상 높은 상태로 올라가서 부터 눈에 띄게 떨어진다고 생각하면 됩니다.

질문) n,p concentration 농도표시할때 아래첨자로 0이라고 쓰는데 평형이라는게 정확히 온도가 room temperature로 일정할때를 말하는 건가요? 아니면 다른 의미가 있나요?

답)아래 첨바 0은 열적 평형상태를 의미하는 것입니다. 미국에서는 naught이라고 읽고 한국에서는 주로 zero라고 읽기도 합니다.

열적 평형상태에 대해서 많은 사람들이 헷갈려하는것 같아서 제가 교안 1c 3페이지에 thermal equilibrium에 대해서 설명을 했습니다.

온도가 0K든 300K든 일정하게 유지만 된다면 열적 평형상태입니다. 하지만 온도의 변화를 주거나 외부에서 광에너지 또는 전기에너지를 주면 더이상

열적 평형 상태가 아닙니다. 앞으로 아래첨자 0는 열적평형상태라고 보면 되고 이것을 기준으로 해서 외부 에너지를 받았을때 특히 외부 전압에 의해 전류가 흐를때를

non equilbrium이라고 0를 붙이지 않습니다.

질문

1. Si-Si 가 만나서 공유결합을 생성할때 energyband가 2개로 나뉜다고 하는데 실제로도 완전히 일직선으로 평행하게 나뉘나요?

아니면 이론적으로 상상해서 그런건가요?

 답) 김xx님은 제가 30년전 품었던 같은 궁금증을 가지고 있군요. 좋은 생각입니다. Si-Si이 화학적으로 공유결합을 하면 최외각 전자에너지 밴드(orbital)이서로 나뉘어 2개로 나뉘는것은 실제 원자내부에서 일어나는 일입니다. 하지만일직선으로 평행하게 나뉘지는 않습니다. 교안 1a에 7페이지 14페이지를 보면 좀더 복잡한 에너지 밴드갭 모델을 볼수가있습니다. 이렇게 복작합 에너지 밴드갭 모델이 실질적으로 더 가깝지만 이 모델로 다이오드, BJT, MOSFET을 설명하기엔 너무 복잡한 에너지 밴드갭 그림이라 그냥 단순하게 일직선 2개로 그린 것 뿐입니다. 이렇게 해도 반도체 소자를 해석하는데도전혀 문제가 없기 때문에 단순화 했다고 보면 됩니다.

만약 일직선 2개로 그려서 반도체 소자 해석에 문제가 있으면 좀 더 현실성에 맞게 고쳤겠지요. 하지만 저도 30년전에 같은 궁금증을 가졌었고 에너지 밴드갭을 단순히 2개로 나누고 그안에 페르미 레벨 점선이 존재하는 에너지 밴드 모델에 불만이 있었던 것은 사실입니다. 그래서 제가 만든 교안은 전공책과 좀더 다른 에너지 밴드갭내에 파동성을 가진 전자도 그려넣고 donor level, acceptor level에 state와 전자를그려넣은 겁니다. 나중에 이 표현들이 반도체 소자를 해석하는데 도움이 더 많이 될거라 30년간 반도체 소자 경험자로써 이렇게 좀더 구체적으로 표현했음을 참고하시고 전공책에 아주 단순한 에너지 밴드갭그림이 나와도 상상속으로 거기에 존재하는 전자와 state를 마음속에 그려 놓으면 다른 어떤 엔지니어보다더 많은 지식을 가질거라 믿습니다.

    앤디솔패키지강의 수강시환불규정은 어떻게 되나요?

    패키지강의인 경우 할인이 적용된 상품이기 때문에 챕터 1~3으로 가정하였을시

    챕터1 강의를 수강하였을시에 챕터1 강의요금을 제외한 나머지 챕터 강의 요금을 환불해드립니다 .

    (환불시 할인 미적용 금액으로 산정)

    챕터별 강좌 수강시 환불 규정은 어떻게 되나요?

    강의시청전 7일 이내에 환불요청을 고객센터나 게시판에 남겨주시면 강의 정가 가격(할인 미적용 금액으로 산정)

    (수강하신강의 + 환불 수수료 ) 를 제외한 금액 환불해드립니다 .

    환불가능기간 : 수강신청후 수강 시작일로부터 7일이내