안녕하세요!! 취업을 대비하여 반도체 강의를 수강하고 있는 학생입니다.

수업을 쉽고 자세하게 해주셔서 얼추 잘 이해+따라가고 있는데, 중간중간 이해를 잘 못한 내용에 대해 문의를 드립니다.

1. state에 대해 조금 헤메고 있습니다.

제가 이해한 내용으로는, state는 이해를 돕기 위한 가상일 뿐이고, 전자가 들어갈 수 있는 '방'으로 생각하면 된다. 그러나 state 그 자체가 정공(홀:Hole)은 아니다. 

정공은, 전자가 방에 들어가 있다가 온도 등 외부로부터 에너지를 받아 다른 곳으로 이동하여 그 방이 비게 된 경우 그 빈방을 정공이라 한다.

제가 이해한 내용이 정확하게 맞는지 궁금합니다.

답) 가상은 아니고 실제 존재하지만 양자역학적으로 해석하면 복잡하니 그냥 전자가 들어가는 자리로 생각하면 됩니다.

파울리(Pauli)의 배타원리가 생각나는지 모르겠는데 “전자가 들어가는 방에 같은 스핀방향을 가진 전자가 들어갈수 없다는 원리” 전자가 들어가는 방 즉 state는 실제 원자핵을 둘러싼 오비탈(궤도)에 존재합니다. 그런데 그 state를 반도체 하는 사람들은 자세하게 알 필요가 없고 전자가 있던 자리 즉 방이라고 생각하면 딱 좋다라는 뜻입니다.

Si 최외각 오비탈에 4개의 전자가 채워진 state들과 4개의 전자가 아예 없는 state들이 있다고 했습니다.

state자체는 원래 hole은 아니고 전자가 채워진 state에서 외부 에너지를 받아 이 전자들이 빠져나간 자리를 state라고 명명하면 헷갈리니 이것을 hole이라 부르자 입니다. 즉 hole은 전자가 빠져 나간후의 state를 hole 이라 부르고 이 hole도 + 극성에 질량이 있고 전류에 영향을 주는 이동도도 나타냅니다,. 물론 물질마다 다른 이동도와 질량을 가지겠지요.

 따라서 conduction band(CB)에 존재하는 빈 state에 전자가 일시적으로 올라간 경우

Valence band(VB)에 있었던 전자가 빠져나갔으니 이자리는 hole이되는 것이고 CB에 원래 빈state가 존재했는데 외부 에너지에 의해 VB전자가 잠시 CB로 올라가서 CB의 빈 state에 전자가 잠시 머물러 있다가 다시 VB로 recombination된후 CB의 state를 hole이라 부르지 않습니다. Hole은 원래부터 전자가 채워져 있던 state에서 시작되며 이state에서 전자가 빠져 나간후를 hole이라 부르는 것입니다.

2. 상태밀도(Density Of State)에 대해 궁금합니다.

처음 당황하기 시작한 부분은, 에너지 준위와 상태밀도를 함께 그려놓은 그래프에서 시작됩니다. 

상태밀도 그래프의 분포를 보게 되면, Ec와 Ev에서 0이었다가 각각의 값에서 멀어지면 멀어질수록 곡선의 형태로 증가하는 모습을 볼 수 있습니다. 

제가 조사한 상태밀도는, 어떤 에너지 준위에 들어갈 수 있는 전자의 '수'라고 알고 있습니다. 

그렇다면, 'Ec와 Ev의 경계면에는 전자가 존재할 확률이 정말 낮지만, 더 넓은 에너지준위 폭을 갖게 될 수록 해당 에너지준위 사이에 담을 수 있는 전자의 수가 많아진다.' 이게 정확하게 이해한 내용인지 궁금합니다.

 답) 양자역학적 질문인데 이 항아리 처럼 생긴 DOS(Density of State)는 Neamen 책 87페이지 (3.69)식을 보면 DOS는

에너지의 root에 비례한다입니다. 즉 에너지가 올라갈수록 DOS,는 (E)*1/2 만큼 증가하는데 이식을 그림으로 표현하면 항아리 처럼 에너지가 증가하면서 커진다 입니다.

김강규학생이 질문한 것 처럼 DOS는 에너지 준위에 들어갈수 있는 전자의 수 정확히는 밀도이고 그 밀도가 에너지가 증가할수록 점 점 더 방의 수가 많아진다라고 이해하면 됩니다. 따라서 “그렇다면, 'Ec와 Ev의 경계면에는 전자가 존재할 확률이 정말 낮지만, 더 넓은 에너지준위 폭을 갖게 될 수록 해당 에너지준위 사이에 담을 수 있는 전자의 수가 많아진다.'”라고 봐도 됩니다.

Neamen책 93페이지 그림 3.30에 그런 그림이 그려져 있습니다. 참고하세요.

3. 특정 온도가 있을 때(300K정도) 상태밀도와 페르미 준위 그래프를 보면,

페르미 곡선과 상태밀도 곡선 사이에 전자를 그려 놓으셨던데(말로 설명하기 어렵네요..ㅎㅎ) 이게.. 학생들 이해하기 편하도록 저런 방식으로 표현하신 것에 불과한 내용인지? 아니면 깊은 의미를 내포하는지 궁금합니다.

 답) 반도체 공학 전공책에는 페르미디락 분포곡선만 그려져 있어 학생들이 이해하기 곤란하게 그려져 있습니다.

제가 만든 강의자료는 전공책에서는 표현하지 않는 부분까지 좀 더 자세하게 그린 것인데.

페르미 디락 분포 곡선에서 페르미 레벨을 중심으로 아래는 전자를 발견할 수 있는 확률이 50% 보다 높아서 빈 공간이라기 보다는 VB에 있던 전자들이 양자적 성질 또는 물질파의 성질로 인해 그 공간에서 있었다 없었다 하지만 그래도 전자를 잡을 확률이 50%,이상 되기 때문에 전자를 듬성 등성 그려넣은 것입니다.

0K에서는 페르미 레벨 위에는 전자가 절대 존재하지 않아 빈공간으로 놔두는 것이 정확한 그림모양이 되지만

300K에서는 300K에 해당하는 열에너지로 전자가 드디어 페르미 레벨 위에도 치고 올라가 전자를 발견할 수 있는 확률이 조금씩 커지는 겁니다. 그래서 전자의 모양을 300K에서 페르미 레벨위에 조금 그렸는데. 물리적인 설명은 위와 같고

페르미와 디락이라는 과학자가 원자내 각 오비탈사이에 비어있는 공간 즉 에너지 gap에 전자가 존재할까? 어떤 분포를 가질까에 대한 최종 결론으로 페르미 디락 분포식을 발표했는데 이 분포식을 matlab으로 그려보면 정확히 온도에 따른 에너지 밴드갭내에 전자의 분포를 표현할수 있었습니다. 위대한 식입니다.

4. 경력사항에 연구원으로 근무하셨던 경험이 있으셔서 여쭤보는 것인데, 선생님께서 반도체 회사 직원이라면, 면접을 보러 온 지원자들에게 어떤 내용을 물어볼 것 같은지 궁금합니다..ㅎㅎㅎㅎ

교육자가 집중적으로 확인하는 내용이 무엇인지 알고 싶습니다!!

답) 홈페이지 공지사항에 면접 잘보는 법에 대해서 제가 글을 남겼습니다. 전 연구원 경력도 있지만 삼성전자 삼성디스플레이에서 연구임원으로 기술 개발을 하면서 매년 신입사원 면접관으로 활동했는데 삼성전자, 삼성디스플레이 지원자들에게 면접관으로써 느꼈던 점들이 향후 삼성전자 지원자들에게 도움이 될 것 같아서 정리해 놓았으니 참고하기 바랍니다.

이밖에 반도체 관련 질문 진학 취업에 대한 진로 고민도 성심껏 도와 드리겠으니 어떤 질문이 있어도 주저없이 물어봐주기 바랍니다.

그리고 마지막 한가지 부탁은 강의가 괜찮다면 혼자 듣지 말고 주위친구들에게도 추천 좀 해주시고 독취사와 스펙업등에 앤디솔 강의 소감에 대해서도 짧게 남겨주면 고맙겠습니다.

수강이 끝날 즈음 수강후기도 잊지 말고 남겨주면 고맙겠습니다.

나머지 부분도 회이팅입니다.