일반적으로 우리가 아는 capacitor는, 말하자면 metal - Insulator - metal 구조로 되어 있다. 금속은 전자의 바다라고 불릴 만큼, 무한정 캐리어가 공급되는 물질로 취급한다. 그러나 반도체의 동작은 carrier concentration 과 transport 으로 학습한 이론에 따라 사뭇 다르게 움직인다. MOSFET 이 MOS cap 의 동작으로 channel 을 형성하는 소자인 만큼, 이를 이해하는 것은 중요하다. 반도체의 전하 축적과 전도를 이야기할 때, 이제 에너지 밴드를 가장 먼저 떠올려야 한다. 먼저 MOS 구조의 에너지 밴드 전체를 구경하고 시작하겠다 금속은 Fermi level 이하에서는 전자 발견 확률이 1 이고, 그 위에서..

드디어 기초 반도체 소자 이론의 최종장인 MOSFET 이다. 현대 IC 소자 대부분이 MOSFET 구조를 기반으로 만들어져 있으며, 당신이 쓰는 핸드폰 속에도 10억개가 넘는 MOS 소자가 들어있다. MOSFET 은 Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor 의 약자이며, 아래와 같이 생겼다 (b) 의 이미지에서, 두개의 n+ 층(Source 와 Drain) 사이에 전류가 흐르고 트랜지스터이니 만큼 이 전류를 조절하는 Gate 단자가 존재한다. Gate 부터 body 까지 (Body 는 지금은 무시해도 괜찮다)의 구조를 보면 Metal 이 맨 위에 깔려 있고, 이 아래 Oxide 가 얇게 깔려 있고 맨 맽에 P형 Si 기판이 놓인다. 이 구조가 Metal-o..

지금까지 BJT 에 대한 물성적 특성을 배웠다. 다시 되짚어보자면 1) 반도체의 물리학적인 원리를 파악하여, 밴드 구조와 캐리어의 concentration을 통해 전류 흐름을 이해하였다 - Drift, Diffusion 등 전하가 쌓이고 움직이는 원리를 배우고, 모빌리티 등의 영향을 알아보았다 2) 반도체 내 전류 특성을 기반으로 PN 접합에서 나타나는 전류 흐름 현상을 파악하였다 - pn 접합시 나타나는 물리학적 현상과, 외부 전원 인가 시 전류가 흐르는 현상 등을 배우고 - Breakdown, 불균일 도핑 등의 비이성적 효과를 배웠다 3) PN 접합을 기반으로 BJT 의 동작원리를 배웠다 - 배웠던 ambipolar 방정식 등이 같이 활용되었고, 공간전하 등의 물리적 성질에 대한 이해가 필요했으며 -..

BJT, MOSFET 과 같은 기초적인 반도체 소자들은 그 동작이 정량적으로 해석되어 있고, 이를 통해 변수간의 관계를 이해하고 활용할 수 있다. 예를 들어, BJT 의 전류식은 우측과 같은 식으로 정리되는데, 이 식을 통해 1) 특정 조건하에서 전류가 주어졌을 때, B-E 전압의 변화로 전류가 어떻게 변하는지 알 수 있고 2) 주어진 상수 값을 제외하면, 도핑 농도와 소자의 기하학적 구조를 설계할 수 있다 그러나, 실제 소자를 제작할 때 위 식에 알맞은 값으로 도핑농도 등을 대입한다고 해도 (대입 과정 역시 완벽하지 않겠지만) 소자가 예측한 특성을 나타내지는 않는다. 실제 소자에는 물리적 제약으로 인한 여러 가지 이상적이지 않은 현상들이 존재하며, 반도체 산업은 이것마저 고려하여 소자를 설계할 수 있도..

도체에 열이 가해지면 전자가 방출되는 열전 효과를 이용하여, 2극 진공관은 단방향으로 전류를 흘려줄 수 있었다. 1906년 Lee de Forest 는 2극진공관의 중간에 하나의 grid 라는 전극을 추가하여, Vin 의 작은 변화에도 Cathode 에서 Anode 로 흐르는 전자의 양을 크게 제한할 수 있었다. 즉, 작은 전압의 변화로 출력이 크게 변하는 소자의 최초 발명이였다. 1947 년 벨 연구소에서 최초의 트랜지스터가 탄생하고, 이후 집적회로 위에 트랜지스터를 집적하는 IC의 개념이 발달하게 되면서 전자공학의 시대가 열린다. BJT 는 초기의 트랜지스터의 형태였고, 현재에도 발진회로, 라디오 통신, 전력 응용분야에 사용되고 있습니다. BJT 는 동작속도가 빠르며,민감도와 전압 증폭 성능이 좋고,..

PN 접합에 순바이어스가 걸리면, 전위장벽이 낮아지며 전하들이 흐르게 된다. PN 접합 구조는, 특정 방향의 전압에 대해 전류를 흘려주는 소자로써 동작하며, 이러한 소자를 다이오드라고 한다. 다이오드는 정류 특성 등으로 활용할 수 있지만, 다른 소자 내에서 PN 접합 구조가 어떻게 구성되었는지 보는 것이 더욱 중요하다 정성적으로 보면, 순방향 전압이 인가될 때 공간전하 폭은 줄어들고 전위장벽이 낮아지며 전하들이 반대 방향으로 확산한다. 반대편으로 주입된 전자와 정공은 과잉 캐리어이며 소수 캐리어로, 이들의 특성은 ambipolar transport 로써 설명된다. 정량적인 전류 방정식을 유도하기 위해, 다음과 같은 가정을 한다 (1) 계단 접합을 적용하며 (2) Low inject..