답) 좋은 질문들이고 반도체에 관심이 많아 보입니다. 열심히 시청하시고 계속해서 많은 질문을 기대합니다.

1) 'pn접합시 가장 먼저diffusion이 일어나고 즉, P type의major carrier인 hole이 N type으로확산되고 negative charge atom이 남는다'인데이 부분 자체는 잘 이해한게 맞나요?

• 정확히 이해하고 있습니다. 그리고 동시에 n typemajor carrier인 electron이 p type으로확산되고 positive charged atom이 남는다 입니다. 그리고자연스럽게 positive charge에서 negative chargeatom으로 e-field가 형성되면서 더 이상 diffusion이일어나지 않게 완벽한 발란스를 이룬다입니다.

2) 다른분의 질문 답변내용을 보면 hole= neutral 상태였던전자를 담은 state가 어떠한 이유로 전자를 잃었을 때 상대적으로

+ charge를 띠는 state라고하셨는데 이 state 자체가 확산에 의해 N type으로이동한다면 위에서 'negative charge atom이 남는다'는부분이 의미가 이해가 잘 안되네요..

N type 부분의 확산은 전자가 담겨 있던 중성의 state에서 전자가 이동하게 되면 상대적으로 + charge state가남게 된다는건 알겠는데 hole은 + charge state 자체가이동한다는 점이 헷갈리네요.

=>“+ charge를 띠는 state라고하셨는데 이 state 자체가 확산에 의해 N type으로이동한다면 위에서 'negative charge atom이 남는다'는부분이 의미가 이해가 잘 안되네요..”

이부분이 수강자들이 많이 혼돈이 올 것 같아서 지금까지 어느 전공책에도 없는 그림을 교안 2a 7페이지에보충 설명을 한것입니다. 이자료는 반도체 전공책 어디에도 없는 그림이니 잘 보시기 바랍니다. 특히 7페이지 오른쪽 아래그림을 주목해주세요. p type으로 도핑된 Si의 그림입니다. 온도가 300K 정도의 실온에서 VB의전자들이 acceptor level로 자연스럽게 올라가면서 VB의전자를 머금은state는 전자를 내놓으면서 hole이 됩니다. (이것이 hole의 정의입니다.)하지만 p type Si내부에서 일어나는 현상이기 때문에 전체적으로 + 또는 – charge화 되지 않았습니다. 그냥 원래 p type 그 상태입니다. 우리는 이것을 neutral 상태라고 부릅니다. 아무튼 이 상태에서 n type 이 바로 옆에 junction을 이루면 majority carrier의 hole이 n type 지역으로diffusion되겠지요.

VB에 존재하는 hole들이 n type으로 움직인다는뜻입니다. diffusion된후 p type Si을 가만히보면 hole을 잃은 상태고 acceptor level의전자들은 그대로 남아 있는 상태이기 때문에 상대적으로 minus charge화 되었다는 것을 설명한그림입니다. 아직도 잘 이해가 된다면 7페이지에 해당하는부분을 다시 한번 시청해주시기 바랍니다.

3) 이어서, 확산후 남아 있는 + / - charge state(=atom인가요?...용어도 혼란스럽네요) 만으로는 확산을 막을만큼 전계가 충분하지 않아서 확산이 마저 일어나 평형상태가 된다고 설명해 주셨는데, 여기서 확산돼서 넘어온 전자나 홀이 전계에 영향을 미치는건가요?

 그럼 궁금한점이 P type에는공핍영역보다 훨씬 많은 hole이, N type에는 훨씬많은 전자가 존재할텐데 이들에 의한 전계는 영향이 없나요?..

답) 전공책에서는 남아 있는 +/- charge atom으로 설명이 되어있고 정확히는 +/- ion도맞습니다. 왜냐하면 P나 B원자에서최외각 전자 또는 홀이 이동하면서 남아있는 것은 + charge된 P와 – charge된 B이기 때문입니다.

전계(e-field)를 이루는 요소는 hole과 전자때문이 아니고 +/- charge atom 즉 p type에 남겨진 – charge atom들과 n type에 남겨진 + charge atom들에 의해서 e-field가 형성됩니다. 전자기학에서 e-field의 형성이 + charge에서 – charge로 형성된다고 설명이 되어 있지요. Junction이되는 순간 p type에서 hole이 n type에서 전자가 각각 반대지역으로 diffusion되고 남은원자들이 +/- charge되는데 초기에는 그 양이 작아서 e-field도작지만 diffsuion이 계속 일어나면서 남겨진 +/- chargeatom들이 점점 많아지면서 e-field가 점점 커져 드디어 diffusion까지 막을 정도로 그 위력이 커진다입니다. 여기까지이해했으면 다시 질문으로 넘어갑니다.

“그럼 궁금한점이 P type에는 공핍영역보다 훨씬많은 hole이, N type에는 훨씬 많은 전자가 존재할텐데이들에 의한 전계는 영향이 없나요?..” 이부분은 p-njunction 에너지 밴드 그림을 보면 확실히 이해가 갈 겁니다.

Zero bias에서 p지역과 n 지역의 에너지 밴드 그림은 평행한 일직선 (CB, VB fermi level등)으로 그려져 있고 junction부근만 급경사로 그림이 그려져 있습니다. 실제로 평행으로 그려져 있다는 뜻은 neutral 상태를 말하는것이고 급경사는 거기에 e-field가 존재한다는 뜻입니다. 따라서zero bias에서 p 지역의 나머지 홀과 n지역의 나머지 전자들은 junction에 영향을 주지 않습니다. 하지만 forward bias, reverse 바이어스상태에서는외부에서 extra전자나 홀의 공급이 있으므로 e-field에영향을 줍니다.

4) 마지막으로, bias 걸어주는 부분에서,

forward bias시에 공핍영역의 넓이W가감소하고 reverse bias시에 W가 증가하는 것을 수식으로설명해주셨는데 전자와 홀, + charged / - charged atom 등의 이동 등으로 설명해주실수있으신가요?

 이부분은 대학교 반도체소자 과목에서 듣긴 했었는데 조금 오래전이라기억이 가물해서요.

 전공자가 아니라 들으시기에 이걸 왜모르지 싶으실수도 있겠네요.. 장황하지만 답변부탁드리겠습니다!

답) forward bias와 reverse bias에서 depletion영역의 변화는 이렇게 이해하면좋을 것 같습니다.

Zero bias에서 depletion내의Vbi (built in voltage) 높이는 이미 양쪽 p, n지역의doping농도에 의해 결정되었고 추가로 forward 외부바이어스에 의해 built in voltage 높이가 더 낮아지고 n지역 끝에서부터 무수히 많은 전자들이 공급되어 p 지역으로 넘어가는 중 n지역 depletion영역의 +charge된atom들에게는 중성화되는 기회를 주고 p지역 끝에서부터무수히 많은 홀들이 공급되어 n 지역으로 넘어가는 중 p 지역depletion영역의 - charge들과의 중성화를 통해자연스럽게 depeletion width는 짧아집니다.

 반대로 reverse bias외부 바이어스를 가함으로써 최종 built in voltage는 더 깊어지면서 거기에 따라 p지역끝에서부터전자가 외부에서 공급이 되어(물론 대부분 p지역에서 diffusion length에 의해 소멸되겠지만) p지역 depletion 영역의  –charge된 지역에 더 – charge 되는 기회를 만들어 주고n지역에서는 홀이 외부에서 공급되어 n지역 junction부근 +charge화된 depletion 지역에 홀의 공급으로 인해서 charge 양도 늘면서자연스럽게 depletion width도 길어지게 되는 겁니다. 이해가되셨기를 빕니다.

그리고 한가지 부탁이 있는데 앤디솔 반도체 공학 인강에 대해 느낀 점등을 독취사나 스펙업에간단히 홍보 좀 부탁합니다. 홍보가 아직 잘 안되어 수강하는 회원분들께 한분씩 부탁드리고 있습니다.

답례로 나중에 수강연장 등이 필요할 때 해드리도록 하겠습니다.감사합니다.