흔한 학교 생활/현대 반도체 소자 공학 (물리전자|전자소자)13 [전자소자] Poly-Si Gate Depletion 아시다시피 MOS는 Metal Oxide Semiconductor의 약자입니다. 처음에 궁금해했던 분들도 많았을텐데 실제로 배울때 Metal 부분은 고농도 도핑된 폴리 실리콘이었습니다. metal과 특성도 다르기에 당연히 성질도 다를텐데 이로인해 발생하는 Poly-Si 공핍 영역에 대해 알아보겠습니다. Poly 라 한다면 원자들이 무질서하게 배치된 다결정 실리콘이라고 볼 수 있습니다. 고농도 도핑한 Poly-Si 라고 했는데 소금이 물에 녹을 때의 한계치가 있듯이 도핑 또한 최대 도핑 허용 한계가 있습니다. 주로 최대 $10^{20} cm^{-3}$ 입니다. gate 또한 metal이 아닌 반도체라고 생각하고 이번 내용을 보면 좋을 것 같습니다. N-body를 가진 MOS 구조를 보겠습니다. 채널을 형성.. 2024. 3. 21. [전자소자] MOS게이트 전압 Vg(for depletion, threshold, inversion) [전자소자] MOS 밴드 다이어그램(for gate Voltage)Bulk Potential $E_{i}$ 와 $E_{F}$의 차이에서 Bulk Potential을 사용할 수 있습니다. 두 에너지 차이를 $q\phi _{B}$라고 합니다. p 타입에서 $E_{F}$가 더 아래에 있으므로 양수가 나오며 n 타입에선 음수가 나올studentstory.tistory.com이전 글에서 게이트 전압에 따른 에너지 밴드와 전하를 대략적으로 알아보았습니다. 앞선 세 가지 상황 중 첫 번째인 Accumulation부터 수식적으로 알아보겠습니다.Surface Accumulation앞서 배웠듯 $V_{g}게이트에 가한 전압 $V_{g}$ 는 $V_{g}=V_{fb}+V_{OX}+\phi.. 2024. 3. 13. [전자소자] MOS 밴드 다이어그램(for gate Voltage) Bulk Potential $E_{i}$ 와 $E_{F}$의 차이에서 Bulk Potential을 사용할 수 있습니다. 두 에너지 차이를 $q\phi _{B}$라고 합니다. p 타입에서 $E_{F}$가 더 아래에 있으므로 양수가 나오며 n 타입에선 음수가 나올 것입니다. Surface Potential Oxide와 반도체의 계면 퍼텐셜(surface potential)을 $\phi _{s}$ 라고 합니다. 이는 직관적으로 에너지 밴드가 얼마나 굽었는지를 나타낸다고 생각하면 될 것 같습니다. Si에서 절연체 표면까지 에너지 밴드가 휘어질 때가 있는데 그 차이를 말합니다. 다음 그림에서 $q\phi_{s}$ 를 보면 이해할 수 있습니다. (아래 그림에서 $\phi 2024. 3. 11. [전자소자] MOS Capacitor Flat-Band Condition MOS Capacitor 소개 MOSFET를 배우기 앞서 MOSFET의 일부라고도 할 수 있는 MOS Capacitor 에 대해 다뤄보겠습니다. MOS(metal oxide semiconductor) 에서 Metal 즉 Gate 부분은 주로 degenerately doped poly-Si를 사용합니다. 이전에는 non-degenerated 경우를 많이 가정을 해왔는데요. MOS 커패시터에서 Metal 에 해당하는 poly-Si 는 고농도의 도핑을 한 물질이라고 생각하시면 됩니다. NMOS에서는 $n^{+}$ 타입, PMOS에서는 $p^{+}$ 타입이 사용됩니다. 절연체에 해당하는 물질은 주로 SiO2가 사용되고 밴드갭은 $9eV$ 입니다. 반도체 물질에 해당하는 Si body는 NMOS에서 p-type,.. 2024. 3. 6. [물리전자] PN 다이오드 I-V 특성, Ideal & Real 다이오드 전류 특성 전 글에서 Excess (minority) carrier 에 대한 식을 도출해냈습니다. 이전글 [물리전자] Forward Bias에서 캐리어 농도, Continuity Equation, Diffusion Equation, Excess carrier 이번 장에서는 Forward Bias에서 Carrier injection Continuity Equation Depletion edge의 소수캐리어 농도 Excess carrier 농도 에 대해 알아보겠습니다. Forward Bias에서 Carrier Injection 우선 가정을 합니다. 때문에 $np$는 studentstory.tistory.com 소수캐리어에 의한 전류를 알아봅시다. N side에서 소수캐리어인 hole에 의한 전류밀도 Diffusion에.. 2023. 12. 17. [물리전자] PN Junction depletion 영역 (Width, Capacitance) 이전글 [물리전자] PN Junction Built-in Potential N과 P의 접합을 만들어봅시다. 접합을 만드는 방법에는 두 가지 방법이 있습니다? 첫 번째로는 확산을 이용하는 방법이 있고 두 번째로는 implantation 방법이 있습니다.? (implantiation은 ) 이때 기존 P studentstory.tistory.com Depletion-Layer Model 공핍 영역의 크기는 어떻게 될까요? 우선 전기장은 모든 곳에서 연속적이어야 하며 공핍영역의 끝에서는 0일 것입니다. 이 경계조건을 이용해 알아보겠습니다. P영역 경계에서 $\frac{dE}{dx}=-\frac{qN_{a}}{\varepsilon_{s}}$ $E(x)= -\frac{qN_{a}}{\varepsilon_{s}}x+.. 2023. 12. 17. [물리전자] PN junction Forward Bias에서 캐리어 농도 (Excess Carrier Concentration) 이번 장에서는 Forward Bias에서 Carrier injection Continuity Equation과 Diffusion Equation으로 캐리어 농도의 일반해를 구하고 Depletion edge의 소수캐리어 농도를 구해 경계 조건을 구한 후 최종적으로 Excess carrier 농도 식을 구해보겠습니다. Forward Bias에서 Carrier Injection 우선 가정을 합니다. 1) Steady state 2) Nondegenerately uniformly doped 1-D step junction 3) Low level injection in the quasi-neutral region (minority carrier concentration 2023. 12. 4. [물리전자] 이상적인 다이오드 원리 설명 평형상태에서는 전류가 흐르지 않습니다. 전자의 diffusion과 drift가 서로 상쇄되고 hole도 마찬가지로 상쇄되기 때문입니다. forward bias PN다이오드의 장벽이 낮아지며 diffusion 할 수 있는 전자와 hole이 많아집니다. 하지만 drift의 양은 변하지 않으며 순방향 전류가 증가하게 됩니다. reverse bias PN다이오드의 장벽이 더욱 더 커지게 됩니다. diffusion으로 인한 전류는 무시할 수 있을 정도로 작아집니다. 역시 drift의 양은 변하지 않으며 미미한 역방향 전류가 흐릅니다. generation current depletion 영역에서 generation으로 캐리어가 생성됩니다. 그리고 junction의 edge 에서 공급되는 소수 캐리어는 drift 전.. 2023. 12. 4. GIFET (gate injection based field effect transistor)소자란? 카이스트 전기및전자공학부 최신현 교수 연구팀에서 개발한 GIFET ( gate injection-based field-effect synapse transistor ) 에 대해 알아보겠습니다. KAIST 전기및전자공학부 서석호, 김범진, 김동훈, 박승우 석사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 10월호에 출판됐습니다. (논문명 : The gate injection-based field-effect synapse transistor with linear conductance update for online training) 기존 사용하던 MOS 구조 소자는 FN 터널링을 사용합니다. FN Tunneling이란 MOS 구조.. 2023. 12. 2. [물리전자] Junction breakdown [Tenneling(Field Ionization), Avalanche (Impact Ionization)] 이전 글에서는 Junction Breakdown 에 대해 간단히 알아보았습니다. 그리고 breakdown이 발생하는 peak electric field 를 구해보며 breakdown 전압을 수식적으로 구해봤습니다.이번에는 Breakdown이 발생하는 두 가지 프로세스 : Tunneling (Zener Process), Avalanche Breakdown에 대해 알아보겠습니다. 이전글 [물리전자] PN Junction N과 P의 접합을 만들어봅시다. 접합을 만드는 방법에는 두 가지 방법이 있습니다? 첫 번째로는 확산을 이용하는 방법이 있고 두 번째로는 implantation 방법이 있습니다.? (implantiation은 ) 이때 기존 P studentstory.tistory.com breakdown 메커.. 2023. 12. 1. [물리전자] PN Junction Built-in Potential N과 P의 접합을 만들어봅시다. 접합을 만드는 방법에는 두 가지 방법이 있습니다? 첫 번째로는 확산을 이용하는 방법이 있고 두 번째로는 implantation 방법이 있습니다.? (implantiation은 ) 이때 기존 P body에 N 영역을 만든다고 생각해보면 $N_{d}$의 확산이 일어날 것이며 $N_{d}-N_{a}=0$이 되는 지점을 metallurgical junction이라 합니다. 아시다시피 PN junction 다이오드의 전압 전류 관계는 다음 그래프와 같습니다. IV관계 그래프 Forward bias의 경우 exponential하게 증가하며 Reverse bias의 경우 무시할만한 역방향 전류가 흐릅니다. 이때 Forward bias일 때의 전류는 diffusion에 의한 전류이며 R.. 2023. 12. 1. [물리전자] 아인슈타인 관계(Einstein Relationship) 저번 글에서 Drift와 Diffusion에 대해 간단히 알아보았는데요. 오늘은 Einstein Relationship에 대해 알아보겠습니다. 전압, 전기장, $E_{c}$, $E_{v}$의 관계 그 전에 에너지밴드 다이어그램과 전기장, 전압의 관계를 알아보도록 하겠습니다. 에너지밴드 다이어그램(energy band diagram)에서 밴드에 경사가 있다는 것은 해당 위치에 전기장이 존재한다는 것과 전압의 분포 또한 알 수 있습니다. 전기장은 전압 V의 기울기 혹은 Ec, Ev 기울기입니다. 이에 다음과 같은 식을 알 수 있는데요. $$E=-\frac{dv}{dx}=\frac{1}{q}\frac{dE_{c}}{dx}=\frac{1}{q}\frac{dE_{v}}{dx}$$ 위 그림에서 기울기가 양수인 에너.. 2023. 11. 5. [물리전자] 캐리어 드리프트, 확산 (Carrier drift, diffusion) 1 현대 반도체 소자공학 (물리전자)의 2 Motion and Recombination of Electrons and Holes 2장에서는 Carrier인 전자와 hole의 움직임에 대해 배웁니다. 대표적으로 Drift와 Diffusion 에 반응해 움직이는데 이번 글에서는 관련 식과 유도, 관계에 대해 알아보겠습니다 Drift Drift란 전기장에 의한 캐리어의 움직임을 의미합니다. 아시다시피 전자는 전기장의 반대방향, hole은 전기장과 같은 방향으로 움직입니다. 하나 더 충돌시간이라는 것을 정의하고 갈텐데요 캐리어가 이동할 때 원활히 갈 수만은 없습니다. 원자, 다른 캐리어 등 다양한 요소로 인해 충돌을 하며 이동하게 되는데 이러한 충돌 간 시간의 평균을 충돌시간 $\tau$ 라 하겠습니다. 충돌을 하.. 2023. 11. 4. 이전 1 다음 반응형
