교수님 몇시간을 고민하고 찾아봐도 답이 나오지 않아 질문 올립니다. 교수님이 써주신 1)Vdn=-qnE라고 하셨고 이는 교재에는 enE라고 돼 있습니다. (즉, 여기서는 전자 q값인 -1.6*10^-19로 계산하셨으니 -q=e가 되는 것이겠죠) 2)Jdrift=qnMnE+qpMpE까지도 이해가 갑니다. (Vdn=-MnE이니 Vdn의 부호는 양수가 됨) 근데 교재에는 e(nMn+Mp)E로 써져 있는데,전자에서의 q=-e이거 정공에서의 q=e이니 이 둘을 묶을수 없는거 아닌가요? 3)비저항성에서 n type의 p=1/qnMn 인데 여기서의 q도 -e가 맞나요? 4)diffusion에서위 Jndiffusion의 qDn*dn/dx로 돼 있는데 교재에는 eDn*dn/dx로 나와있습니다. 여기서의 q=e인건가요? 어느 부분에서는 q=-e이고 어느 부분에서는 q=e인데 이게 너무니 헷갈립니다.. 교재의 경우 q= e를 써서 매우 헷갈리는데, 교수님 강의 영상에서는 n 즉, 전자 관련 식에 쓰신 q=-e로 일관되게 써주신건가요? (즉, 전자 관련 식에서 -q=e로 봐도 된다) 아니면 특정 식에서는 q=e로 취급하고 써주신건가요? 만약 특정 식에서 그렇게 쓰셨다면 왜 그렇게 서주신거지 알고싶습니다. (어느 부분부터 q=e가 성립하는지 알고싶습니다) 교재의 경우 애초에 -q대신 e를 써줘서 부호 관계가 헷갈립니다. (교수님 수업을 main으로 교재를 서브로 활용중입니다) 교수님께서 적어주신 공식들의 경우 n과 관련된 모든 식에서 q가 있으면 q=-1.6*10^-19로 생각하고, 숫자를 대입하고 풀어도 될까요?(정공의 q는 1.6*10^-19로 대입) 아니면 q=e로 생각하고 풀어야할까요? 열심히 찾아본 결과 드리프트 전류에서는 전하의 크기민 신경쓰므로 q=e이다라고 결론을 내리기는 했지만 위의 공식들에서 어떤것은 q=e로 치환이 되고, 어떤것은 안되는데 뭐가 되는것인지 알고싶습니다..) 항상 감사합니다..
먼저 교재의 e 와 제 강의자료의 q 는 같은 의미입니다. -1.6e-19 입니다. 그리고 단순히 공식의 부호를 그냥 단위 전하량이라고 이해하면 안됩니다. 전류를 계산하는 식에서, 전류의 방향이 전자의 움직임에 반대방향으로 정의가 되다 보니, 마이너스 부호가 사라지는 경우가 있습니다. 그래서 교재에서 e(nMn+Mp)E 로 묶여진 것입니다 (제 강의에도 이미 설명되어 있습니다). diffusion도 마찬가지로, 전류의 방향을 고려하면 부호가 그렇게 됩니다. 강의 영상을 보면, 그냥 단순하게 부호를 생각하면 안되는 이유가 설명되어 있습니다.
@@DevicePhysics 전류의 방향을 고려한다면 위의 두 식을 제외하면 전부 전하의 크기만이 필요하므로, 위으ㅔ 두 식을 제외하면 q=e가 성립한다고 판단이 되어 질물 올렸습니다. 정공의 경우 본래 q=e값이니 신경 쓸 필요가 없을테고, 전자의 경우 본래 q=-e이나 드리프트 전류의 속도 관련해, 전자의 크기를 따지므로 일부 식(위의 구 식 제외)에서는 q=e로 된다고 판단됐습니다 . 예를 들어 diffusion 식에서는 부호가 정공에 마이너스가 붙는것은 그래프 상으로 이해했습니다.
1. 교수님 강의에 있는 그래프를 참고하면, Si과 다르게 GaAs 같은 경우 E-field 증가에 따라 속도 포화가 아닌 속도 감소 경향이 보입니다. scattering에 의한 영향이 E-field 에 의한 가속력 보다 강해졌기 때문이라고 이해해도 될까요? 2. 추가로, 물질에 따른 속도 포화가 일어나는 E-field 값이 다른 이유가 궁금합니다. 이전 Bandgap 자료를 참고하면 GaAs 의 Bandgap이 Silicon의 Bandgap 보다 큰 것을 확인했습니다. 때문에 GaAs의 격자간 거리가 Silicon의 격자간 거리보다 더 짧기 때문에 Lattice scattering의 영향을 더 많이 받는다고 이해해도 될까요? 좋은 강의 정말 감사드립니다.!
1. 전자의 속도를 결정하는 요소는 scattering 만 있는 것이 아니기 때문에, scattering 이외의 다른 요소들이 영향을 미칠 가능성이 있습니다. 2. 격자간거리(?) 라는 것이 무엇을 말하는 것인지 모르겠습니다. 아무튼 lattice scattering 과 bandgap 과는 직접적인 관계가 없습니다.
GaAs의 E-k diagram을 보시면 conduction band의 gamma point 의 곡률로 전자의 유효 질량을 구해볼 수 있는데 전기장이 강해지는경우 전자가 (곡률이 더 큰)다른 state로도 넘어가게 되며 유효질량이 증가하는 효과가 생기게 됩니다. 이로인해 음수의 mobility 효과를 보게 되는 것입니다.
교수님 혹시 12:40 이후부터 나오는 그림에서 Jn(전자의 표동전류밀도)=-qnv를 사용하게되면 이 경우에는 Jn이 음수가 되는 건가요...? 구체적으로 예를 들자면, n type 반도체에 Nd=10^17cm^-3으로 주어지고, 전기장이 10^5V/cm일 때는 Si의 경우 전자의 표동속도가 10^7cm/s로 포화되는데 이 경우에는 J = -1.6*10^-19 * 10^17 * 10^7/cm = -1.6*10^5cm/s*cm^2 이 되는데, 그러면 J가 음수가 되는 걸까요...? 헷갈려서 그렇습니다ㅠㅠ
@@DevicePhysics 자꾸 여쭤봐서 죄송합니다ㅠㅠ 그렇다면 예를 들어 전계가 양수로 주어져있으면(즉, x축 기준으로 왼쪽이 +, 오른쪽이 -로 걸려있는 상황) 전자는 오른쪽에서 왼쪽으로 이동할 것인데, 이때 표동전류밀도와 전자의 방향은 반대이므로 표동전류밀도의 방향은 왼쪽에서 오른쪽일테니 결국 표동전류밀도는 양수로 생각하면 될까요..?
교수님 안녕하세요 ! 저희가 일반적으로 온도가 높아지면 모빌리티 값이 낮아진다고 하는 것은, 상온이 300K 주변이라서 그런 것인가요? 그래프 상으로 봤을 때는 온도에 따른 모빌리티 특성이 포물선 형태인데, '온도 상승 -> 모빌리티 감소' 를 공식처럼 사용해도 되나 궁금해서 여쭤봅니다 !! 감사합니다.
3:01을 보면 진공과 반도체 내에서의 F=(-q)E 식은 양쪽이 동일하게 쓰여있는데 실제로는 두 경우의 E가 다른것이죠? 또한 14:50 에서 velocity saturation 현상은 electric field 가 너무 강해서 더 이상 운동량 보존법칙을 만족하지 않는것으로 이해해도 되는것인가요?
안녕하세요 교수님! 열속도와 관련해서 질문이 있습니다. 전자가 열에너지에 의해서 열속도로만 움직이는 경우엔 랜덤하게 움직이므로 전류를 형성하지 않는다고 하셨는데요. 그렇다면 진성 반도체에서 전자가 VB에서 CB로 여기하는 과정은 전계를 받아서 한 방향으로 이동하는 과정인건지 궁금합니다!!
@@cardano-z7q conduction band 의 전자가 이동할 때는 마치 텅 빈 고속도로처럼 전자가 거의 없기 때문에 전자가 빠르게 이동할 수 있습니다. 반대로 valence band 의 홀이 이동할 때는 사실 전자가 가득차 있는 곳에서 전자가 움직이는 것이기 때문에 마치 꽉 막힌 도로를 움직이는 것과 같게 됩니다. 유효질량 때문이라고 말하는 것은 결과를 원인이라고 말하는 것이기 때문에 논리적으로 맞지 않습니다. 유효질량은 이러한 상황의 차이를 고려해서 만든 fitting parameter 의 개념이기 때문입니다.
보통 electron의 mobility가 hole의 mobility보다 크다고 말씀해 주셨는데 effective mass는 electron이 hole보다 큰 것으로 보아 t_mn>t_mp라고 생각하였는데 그러한 이유가 무엇인가요? electron의 effective mass가 크기 때문에 충돌 간 걸리는 시간이 더 큰 것인가요?
effective mass 가 크기 때문에 충돌 간 걸리는 시간이 더 크다고 생각하는 것은, 원인과 결과를 완전히 반대로 이해하는 것입니다. [물리전자공학|3.4] 에서 이미 배웠듯이, effective mass 라는 파라미터는 캐리어가 움직이는 내부적인 상황을 반영한 파라미터입니다. 다시 한번 강의를 먼저 이해 바랍니다. 대략적으로 설명하자면, conduction band 는 state 가 거의 비어 있습니다. 그리고 전자들의 수도 적습니다. 따라서 거의 비어 있는 도로를 빠르게 전자들이 움직일 수 있는 상황과 비슷합니다. 반대로 valence band 는 거의 대부분의 state 가 전자로 채워져 있습니다. 따라서 꽉막힌 도로를 전자들이 힘들게 움직여야 하는 상황과 비슷합니다. 이러한 상황의 차이가 effective mass 에 반영된 것입니다. 그리고 강의에서는 설명하지 않았는데, effective mass 는 상황마다 서로 다르게 정의가 됩니다. 드리프트 상황에서는 위에서 설명한 것과 같이 전자가 홀보다 훨씬 쉽게 움직일 수 있기 때문에, effective mass 는 전자가 홀보다 작습니다. 교재 뒤의 부록 부분을 찾아보면 값을 직접 확인해볼 수 있습니다.
@@DevicePhysics 다시 생각해보니 충돌 시간으로 인해서 effective mass가 결정되는 것이니 제가 반대로 생각하고있었던거군요, 그리고 electron과 hole의 effective mass가 다른 이유는 conduction band와 valence band의 state에 전자가 채워진 정도가 다르기 때문이군요, 별개로 전자는 물리적인 질량을 갖고 있고 홀은 질량이 없다고 생각하는데 그러한 부분이 effective mass에 미치는 영향보다는 주변 환경에 대한 영향이 더 큰가요?
@@DevicePhysics 그러니까 전자는 실제 입자이고 홀은 전자가 없는 공간을 홀이라고 하셨는데 그렇다면 전자는 물리적인 질량[kg 단위의]이 있고 홀은 질량이 없다는 것 이라고 생각했습니다. 이러한 질량[kg]은 effective mass에 얼마나 큰 영향을 미치는지 궁금합니다. 주변 환경에 대한 영향(conduction band, valence band 상태 등)이 큰지 실제 질량[kg]에 의한 영향이 더 큰지 궁금합니다!
@@하하-c3t1w 여전히 무엇이 궁금한 것인지 잘 파악이 안되는데, 아무튼 홀도 질량이 있습니다. 그리고 "원래의 질량 + 주변환경에 의한 영향 = 유효질량" 이 되는 것입니다. 따라서 주변환경 상황이 어떠냐에 따라 유효질량 값도 변하게 되니, 어떤것이 영향이 더 큰지는 상황에 따라 다릅니다.
안녕하세요 교수님! density of state effective mass와 conductivity effective mass 관련 질문있습니다. 유효질량은 주변 환경에 따라 다른 값을 가진다는 것은 저번 강의를 통해 이해했습니다. 또한 이번 강의와 지난 강의들을 통해 density of state effective mass와 conductivity effective mass에서 각각 전자와 정공의 유효질량을 비교했을 때 density of state effective mass는 전자의 m* > 정공의 m*이고, conductivity effective mass는 전자의 m* < 정공의 m*이라는 결과가 나왔습니다. 이때, conductivity effective mass의 경우, 외부 전계에 의해 캐리어가 이동할 때의 제 생각은 다음과 같습니다. "외부 전계에 의해 Si 원자, Si 원자 - Si 원자 사이의 공유결합 또한 진동하고, 이것들의 캐리어의 이동을 방해한다. 이때, 전자는 conduction band의 에너지를 가지고 conduction band의 에너지를 갖는 전자는 거의 없으므로 이동이 자유롭고(높은 가속도), 따라서 유효질량이 낮다. 하지만 정공은 valence band의 에너지를 가지고, valence band의 에너지를 갖는 전자는 결합 전자들로 매우 많아 이로 인해 정공의 이동이 제한되고(낮은 가속도), 따라서 유효질량이 높다." 하지만 density of state effective mass는 어떤 원리로 전자의 m* > 정공의 m*이 얻어지는지 이해하지 못했습니다. 따라서 캐리어 별로 density of state effective mass가 어떤 주변 환경에 의해 결정되는지 궁금합니다!
이 질문은 정성적인 설명만으로는 답변하기가 어렵습니다. density of state effective mass 에서 전자>정공 인 이유는 실리콘 이라는 물질의 고유한 특성에 가깝습니다. 대략적으로 말하면, 강의에서 배운 E-k 다이어그램은 사실 1차원 크로니-페니 모델을 풀어서 얻은 결과입니다. 따라서 실제 반도체는 3차원 물질이므로 E-k 다이어그램이 상당히 복잡합니다. 그리고 effective mass 도 3개의 축에 대해 따로따로 정의되어 (mx, my, mz), 이 3 개의 값을 상황에 맞게 적절하게 계산한 값이 교재에 나와 있는 최종 effective mass 값입니다. 거의 대부분의 경우 conductivity effective mass 는 전자정공 인 경우도 있고 반대인 경우도 있습니다. 즉, 반도체 물질마다의 고유한 결정 특성 때문에 그렇게 된 것입니다.
@@DevicePhysics 자세한 답변 감사합니다 교수님! density of state effective mass는 반도체 물질에 따른 고유한 결정구조에 의해 정해진다고 정리하도록 하겠습니다. 그렇다면 conductivity effective mass에 대해서는 제가 생각한 대로 이해하고 정리하면 되는 건가요?
안녕하세요! 반도체 공학 전공하고 있는 학생입니다! 영상 마지막 부분에 전계가 일정 부분 이상 되면 드리프드 속도가 감소한다고 하셨는데, 저희가 배우는 교재에선 약 10^5V/cm정도의 전계에선 열속도를 초과해 드리프트 속도가 열속도와 관련한 식으로 나오는데 이 부분 설명 가능하실까요?
@@DevicePhysics 교재에는 300k에서 이동도가 1350cm^2/Vs일 때, 10^5cm/s의 높은 전기장에서 전하의 속도는 vth{1-exp(-e/ec)}로 나온다고 나와있습니다. 교재의 풀이를 보면 vth는 열속도이고 e와 ec는 e는 10^5으로, 인가된 전기장을 의미하는것 같고, ec는 1.5x10^4로, 이 역시전기장과 관련된 수인것 같은데, 이 식이 무엇을 의미하는지 알고싶습니다.
@@min8511115 velocity saturation 현상을 설명하기 위한 모델입니다. 자세한 내용은 [고급소자물리|3.4.1] 에서 설명하였으니 참고 바랍니다. 간략하게 설명하면, 학부 수준에서는 전자의 속도 v = mobility * E 라고 배우고, 가해지는 E-field 에 비례해서 속도가 증가한다고 까지만 배웁니다. 하지만 실제로는 어느정도 이상의 강한 E-filed 가 가해지면 전자의 속도가 더이상 증가되지 못하고 saturation 되는 현상이 나타납니다. 교재의 수식은 그러한 saturation 을 고려한 조금 더 정확한 전자의 속도 모델이라고 생각하면 됩니다.
![[물리전자공학|5.2] #격자 산란 #불순물 산란 #온도가 이동도에 미치는 영향](http://i.ytimg.com/vi/xgkpM07CGN0/mqdefault.jpg)
![[물리전자공학|5.2] #격자 산란 #불순물 산란 #온도가 이동도에 미치는 영향](/img/tr.png)
![[물리전자공학|4.6] #페르미레벨의 위치 #열적평형상태에서 페르미레벨이 수평인 이유](http://i.ytimg.com/vi/hPSPFlLsGDw/mqdefault.jpg)
![[물리전자공학|4.5] #도핑농도와 캐리어농도의 상관관계 #전하중성조건 #캐리어농도의 온도 경향성](http://i.ytimg.com/vi/rYXPops2p5Q/mqdefault.jpg)
![[#2024MAMA] G-DRAGON - 무제(Untitled, 2014)+POWER+HOME SWEET HOME+뱅뱅뱅+FANTASTIC BABY | Mnet 241123 방송](http://i.ytimg.com/vi/Ox29z5Nf1Uk/mqdefault.jpg)
![[#2024MAMA] BIGBANG (빅뱅) - 뱅뱅뱅 (BANG BANG BANG) + FANTASTIC BABY | Mnet 241123 방송](http://i.ytimg.com/vi/EQsYfiPR9uM/mqdefault.jpg)
교수님 사랑합니다...
물전개 듣다가 이해가 잘 안됬는데... 교수님 강의 듣고 많은걸 배워 갑니다!! 감사합니다.
mobility값이 effective mass와 mean free time과 어떻게 연관이 있는 지 이해하지 못하고 그냥 암기만 해서 잘 와닿지 않았는데 잘 설명해주셔서 감사드립니다.
교수님 몇시간을 고민하고 찾아봐도 답이
나오지 않아 질문 올립니다.
교수님이 써주신
1)Vdn=-qnE라고 하셨고 이는 교재에는 enE라고 돼 있습니다. (즉, 여기서는 전자 q값인 -1.6*10^-19로 계산하셨으니 -q=e가 되는 것이겠죠)
2)Jdrift=qnMnE+qpMpE까지도 이해가 갑니다. (Vdn=-MnE이니 Vdn의 부호는 양수가 됨) 근데 교재에는 e(nMn+Mp)E로 써져 있는데,전자에서의 q=-e이거 정공에서의 q=e이니 이 둘을 묶을수 없는거 아닌가요?
3)비저항성에서 n type의 p=1/qnMn 인데 여기서의 q도 -e가 맞나요?
4)diffusion에서위 Jndiffusion의 qDn*dn/dx로 돼 있는데 교재에는 eDn*dn/dx로 나와있습니다. 여기서의 q=e인건가요?
어느 부분에서는 q=-e이고 어느 부분에서는 q=e인데 이게 너무니 헷갈립니다..
교재의 경우 q= e를 써서 매우 헷갈리는데, 교수님 강의 영상에서는 n 즉, 전자 관련 식에 쓰신 q=-e로 일관되게 써주신건가요? (즉, 전자 관련 식에서 -q=e로 봐도 된다) 아니면 특정 식에서는 q=e로 취급하고 써주신건가요?
만약 특정 식에서 그렇게 쓰셨다면 왜 그렇게 서주신거지 알고싶습니다.
(어느 부분부터 q=e가 성립하는지 알고싶습니다)
교재의 경우 애초에 -q대신 e를 써줘서 부호 관계가 헷갈립니다. (교수님 수업을 main으로 교재를 서브로 활용중입니다)
교수님께서 적어주신 공식들의 경우 n과 관련된 모든 식에서 q가 있으면 q=-1.6*10^-19로 생각하고, 숫자를 대입하고 풀어도 될까요?(정공의 q는 1.6*10^-19로 대입)
아니면 q=e로 생각하고 풀어야할까요?
열심히 찾아본 결과 드리프트 전류에서는 전하의 크기민 신경쓰므로 q=e이다라고 결론을 내리기는 했지만 위의 공식들에서 어떤것은 q=e로 치환이 되고, 어떤것은 안되는데 뭐가 되는것인지 알고싶습니다..)
항상 감사합니다..
먼저 교재의 e 와 제 강의자료의 q 는 같은 의미입니다. -1.6e-19 입니다.
그리고 단순히 공식의 부호를 그냥 단위 전하량이라고 이해하면 안됩니다.
전류를 계산하는 식에서, 전류의 방향이 전자의 움직임에 반대방향으로 정의가 되다 보니,
마이너스 부호가 사라지는 경우가 있습니다. 그래서 교재에서 e(nMn+Mp)E 로 묶여진 것입니다 (제 강의에도 이미 설명되어 있습니다).
diffusion도 마찬가지로, 전류의 방향을 고려하면 부호가 그렇게 됩니다.
강의 영상을 보면, 그냥 단순하게 부호를 생각하면 안되는 이유가 설명되어 있습니다.
@@DevicePhysics 그렇다면 Jdrift=-qne의 경우와 a=-qE/m 에서만 전하 값으로 생각한거고(즉, q=-e) 나머지의 식의 경우 방향을 고려해 q=e가 되는건가요?
답변 감사드립니다. 항상 잘보고 있습니다
@@kingking-yh5vn 아닙니다. 전자와 홀의 경우에 대해서도 따져봐야 하고, E-field 의 방향도 따져 봐야 합니다.
@@DevicePhysics 전류의 방향을 고려한다면 위의 두 식을 제외하면 전부 전하의 크기만이 필요하므로, 위으ㅔ 두 식을 제외하면 q=e가 성립한다고 판단이 되어 질물 올렸습니다. 정공의 경우 본래 q=e값이니 신경 쓸 필요가 없을테고, 전자의 경우 본래 q=-e이나 드리프트 전류의 속도 관련해, 전자의 크기를 따지므로 일부 식(위의 구 식 제외)에서는 q=e로 된다고 판단됐습니다 .
예를 들어 diffusion 식에서는 부호가 정공에 마이너스가 붙는것은 그래프 상으로 이해했습니다.
@kingking-yh5vn 이미 답변했듯이 전기장의 방향도 따져봐야 합니다. 이미 강의 영상들에 설명되어 있으니 확인해보길 바랍니다.
1. 교수님 강의에 있는 그래프를 참고하면, Si과 다르게 GaAs 같은 경우 E-field 증가에 따라 속도 포화가 아닌 속도 감소 경향이 보입니다. scattering에 의한 영향이 E-field 에 의한 가속력 보다 강해졌기 때문이라고 이해해도 될까요?
2. 추가로, 물질에 따른 속도 포화가 일어나는 E-field 값이 다른 이유가 궁금합니다. 이전 Bandgap 자료를 참고하면 GaAs 의 Bandgap이 Silicon의 Bandgap 보다 큰 것을 확인했습니다. 때문에 GaAs의 격자간 거리가 Silicon의 격자간 거리보다 더 짧기 때문에 Lattice scattering의 영향을 더 많이 받는다고 이해해도 될까요?
좋은 강의 정말 감사드립니다.!
1. 전자의 속도를 결정하는 요소는 scattering 만 있는 것이 아니기 때문에, scattering 이외의 다른 요소들이 영향을 미칠 가능성이 있습니다.
2. 격자간거리(?) 라는 것이 무엇을 말하는 것인지 모르겠습니다. 아무튼 lattice scattering 과 bandgap 과는 직접적인 관계가 없습니다.
GaAs의 E-k diagram을 보시면 conduction band의 gamma point 의 곡률로 전자의 유효 질량을 구해볼 수 있는데 전기장이 강해지는경우 전자가 (곡률이 더 큰)다른 state로도 넘어가게 되며 유효질량이 증가하는 효과가 생기게 됩니다.
이로인해 음수의 mobility 효과를 보게 되는 것입니다.
교수님 혹시 12:40 이후부터 나오는 그림에서 Jn(전자의 표동전류밀도)=-qnv를 사용하게되면 이 경우에는 Jn이 음수가 되는 건가요...?
구체적으로 예를 들자면, n type 반도체에 Nd=10^17cm^-3으로 주어지고, 전기장이 10^5V/cm일 때는 Si의 경우 전자의 표동속도가 10^7cm/s로 포화되는데 이 경우에는 J = -1.6*10^-19 * 10^17 * 10^7/cm = -1.6*10^5cm/s*cm^2 이 되는데, 그러면 J가 음수가 되는 걸까요...? 헷갈려서 그렇습니다ㅠㅠ
식을 사용할 필요 없이, 전기장이 양수면 전자가 어느 방향으로 움직일지 따져보고, 그러면 전류방향이 어떻게 될지 따지면 됩니다.
@@DevicePhysics 자꾸 여쭤봐서 죄송합니다ㅠㅠ 그렇다면 예를 들어 전계가 양수로 주어져있으면(즉, x축 기준으로 왼쪽이 +, 오른쪽이 -로 걸려있는 상황) 전자는 오른쪽에서 왼쪽으로 이동할 것인데, 이때 표동전류밀도와 전자의 방향은 반대이므로 표동전류밀도의 방향은 왼쪽에서 오른쪽일테니 결국 표동전류밀도는 양수로 생각하면 될까요..?
@user-ze8vz1bb5h 그렇게 따지면 됩니다.
교수님 안녕하세요 ! 저희가 일반적으로 온도가 높아지면 모빌리티 값이 낮아진다고 하는 것은, 상온이 300K 주변이라서 그런 것인가요? 그래프 상으로 봤을 때는 온도에 따른 모빌리티 특성이 포물선 형태인데, '온도 상승 -> 모빌리티 감소' 를 공식처럼 사용해도 되나 궁금해서 여쭤봅니다 !! 감사합니다.
일반적으로 온도가 높아지면 mobility가 왜 낮아지나요?
3:01을 보면 진공과 반도체 내에서의 F=(-q)E 식은 양쪽이 동일하게 쓰여있는데 실제로는 두 경우의 E가 다른것이죠? 또한 14:50 에서 velocity saturation 현상은 electric field 가 너무 강해서 더 이상 운동량 보존법칙을 만족하지 않는것으로 이해해도 되는것인가요?
1. 같은 E 입니다.
2. 운동량보존법칙은 항상 만족해야하는 절대적인 법칙입니다. 만족하지 않는 상황이란것은 존재할 수 없습니다.
@@DevicePhysics 궁금한 것이 있습니다. 같은 E라면 결국 F도 똑같고 그 말은 moa=mn*a 가 성립하는데 실제질량과 유효질량은 다른 것이 아닌가요?
@@Ssabal_player1유효질량은 내부적으로 작용하는 힘을 반영하는 파라미터입니다. 외부에서 가해주는 전기장과 상관없습니다. 이전 유효질량 강의를 다시 복습 바랍니다.
안녕하세요 교수님! 열속도와 관련해서 질문이 있습니다. 전자가 열에너지에 의해서 열속도로만 움직이는 경우엔 랜덤하게 움직이므로 전류를 형성하지 않는다고 하셨는데요. 그렇다면 진성 반도체에서 전자가 VB에서 CB로 여기하는 과정은 전계를 받아서 한 방향으로 이동하는 과정인건지 궁금합니다!!
VB 에서 CB 로 이동하는 과정은 전계 때문에 발생하는 현상이 아닙니다. 주변 열적 에너지에 의해 확률적으로 (페르미-디랙 분포함수를 따라) 발생하는 현상입니다. 이전 강의들을 다시 복습해보길 바랍니다.
@@DevicePhysics 그럼 열적 에너지에 의해 열속도로 랜덤으로 윰직이는 과정이라면 저 상황에서는 전류가 안흐르는 상황이 되는건가요??
E-field=0 이라면 드리프트에 의한 전류는 없습니다.
@@DevicePhysics 감사합니다!
교수님 그럼 전자의 mean free path 를 구할때는 mean free time과 전자의 velocity를 곱하면 될까요?
그렇게 구하는게 틀린것은 아닌데, 보통은 이동거리/충돌횟수 로 구합니다. 구글에서 검색해보면 공식을 쉽게 확인할 수 있을 겁니다.
교수님 질문이 있습니다. intrinsic 상태에서 conduction밴드의 전자의 농도와 valence band의 정공의 농도가 같은거라고 알고있습니다. 그러면 이동도 또한 같은가요!?
이동도는 다릅니다. 일반적으로 전자의 이동도가 홀보다 큽니다.
@@DevicePhysics 감사합니다 그러면 밸런스 밴드의 정공의 이동도가 더 작은 이유는 유효질량 때문인가요!?
@@cardano-z7q conduction band 의 전자가 이동할 때는 마치 텅 빈 고속도로처럼 전자가 거의 없기 때문에 전자가 빠르게 이동할 수 있습니다. 반대로 valence band 의 홀이 이동할 때는 사실 전자가 가득차 있는 곳에서 전자가 움직이는 것이기 때문에 마치 꽉 막힌 도로를 움직이는 것과 같게 됩니다.
유효질량 때문이라고 말하는 것은 결과를 원인이라고 말하는 것이기 때문에 논리적으로 맞지 않습니다. 유효질량은 이러한 상황의 차이를 고려해서 만든 fitting parameter 의 개념이기 때문입니다.
보통 electron의 mobility가 hole의 mobility보다 크다고 말씀해 주셨는데 effective mass는 electron이 hole보다 큰 것으로 보아 t_mn>t_mp라고 생각하였는데 그러한 이유가 무엇인가요? electron의 effective mass가 크기 때문에 충돌 간 걸리는 시간이 더 큰 것인가요?
effective mass 가 크기 때문에 충돌 간 걸리는 시간이 더 크다고 생각하는 것은, 원인과 결과를 완전히 반대로 이해하는 것입니다. [물리전자공학|3.4] 에서 이미 배웠듯이, effective mass 라는 파라미터는 캐리어가 움직이는 내부적인 상황을 반영한 파라미터입니다. 다시 한번 강의를 먼저 이해 바랍니다.
대략적으로 설명하자면, conduction band 는 state 가 거의 비어 있습니다. 그리고 전자들의 수도 적습니다. 따라서 거의 비어 있는 도로를 빠르게 전자들이 움직일 수 있는 상황과 비슷합니다. 반대로 valence band 는 거의 대부분의 state 가 전자로 채워져 있습니다. 따라서 꽉막힌 도로를 전자들이 힘들게 움직여야 하는 상황과 비슷합니다. 이러한 상황의 차이가 effective mass 에 반영된 것입니다.
그리고 강의에서는 설명하지 않았는데, effective mass 는 상황마다 서로 다르게 정의가 됩니다. 드리프트 상황에서는 위에서 설명한 것과 같이 전자가 홀보다 훨씬 쉽게 움직일 수 있기 때문에, effective mass 는 전자가 홀보다 작습니다. 교재 뒤의 부록 부분을 찾아보면 값을 직접 확인해볼 수 있습니다.
@@DevicePhysics 다시 생각해보니 충돌 시간으로 인해서 effective mass가 결정되는 것이니 제가 반대로 생각하고있었던거군요, 그리고 electron과 hole의 effective mass가 다른 이유는 conduction band와 valence band의 state에 전자가 채워진 정도가 다르기 때문이군요, 별개로 전자는 물리적인 질량을 갖고 있고 홀은 질량이 없다고 생각하는데 그러한 부분이 effective mass에 미치는 영향보다는 주변 환경에 대한 영향이 더 큰가요?
@@하하-c3t1w 질문이 정확히 무슨 뜻인지 모르겠습니다. 그리고 홀도 유효질량 값이 있습니다.
@@DevicePhysics 그러니까 전자는 실제 입자이고 홀은 전자가 없는 공간을 홀이라고 하셨는데 그렇다면 전자는 물리적인 질량[kg 단위의]이 있고 홀은 질량이 없다는 것 이라고 생각했습니다.
이러한 질량[kg]은 effective mass에 얼마나 큰 영향을 미치는지 궁금합니다. 주변 환경에 대한 영향(conduction band, valence band 상태 등)이 큰지 실제 질량[kg]에 의한 영향이 더 큰지 궁금합니다!
@@하하-c3t1w 여전히 무엇이 궁금한 것인지 잘 파악이 안되는데, 아무튼 홀도 질량이 있습니다.
그리고 "원래의 질량 + 주변환경에 의한 영향 = 유효질량" 이 되는 것입니다. 따라서 주변환경 상황이 어떠냐에 따라 유효질량 값도 변하게 되니, 어떤것이 영향이 더 큰지는 상황에 따라 다릅니다.
안녕하세요 교수님! density of state effective mass와 conductivity effective mass 관련 질문있습니다.
유효질량은 주변 환경에 따라 다른 값을 가진다는 것은 저번 강의를 통해 이해했습니다.
또한 이번 강의와 지난 강의들을 통해 density of state effective mass와 conductivity effective mass에서 각각 전자와 정공의 유효질량을 비교했을 때
density of state effective mass는 전자의 m* > 정공의 m*이고, conductivity effective mass는 전자의 m* < 정공의 m*이라는 결과가 나왔습니다.
이때, conductivity effective mass의 경우, 외부 전계에 의해 캐리어가 이동할 때의 제 생각은 다음과 같습니다.
"외부 전계에 의해 Si 원자, Si 원자 - Si 원자 사이의 공유결합 또한 진동하고, 이것들의 캐리어의 이동을 방해한다.
이때, 전자는 conduction band의 에너지를 가지고 conduction band의 에너지를 갖는 전자는 거의 없으므로 이동이 자유롭고(높은 가속도), 따라서 유효질량이 낮다.
하지만 정공은 valence band의 에너지를 가지고, valence band의 에너지를 갖는 전자는 결합 전자들로 매우 많아 이로 인해 정공의 이동이 제한되고(낮은 가속도), 따라서 유효질량이 높다."
하지만 density of state effective mass는 어떤 원리로 전자의 m* > 정공의 m*이 얻어지는지 이해하지 못했습니다.
따라서 캐리어 별로 density of state effective mass가 어떤 주변 환경에 의해 결정되는지 궁금합니다!
이 질문은 정성적인 설명만으로는 답변하기가 어렵습니다. density of state effective mass 에서 전자>정공 인 이유는 실리콘 이라는 물질의 고유한 특성에 가깝습니다.
대략적으로 말하면, 강의에서 배운 E-k 다이어그램은 사실 1차원 크로니-페니 모델을 풀어서 얻은 결과입니다. 따라서 실제 반도체는 3차원 물질이므로 E-k 다이어그램이 상당히 복잡합니다. 그리고 effective mass 도 3개의 축에 대해 따로따로 정의되어 (mx, my, mz), 이 3 개의 값을 상황에 맞게 적절하게 계산한 값이 교재에 나와 있는 최종 effective mass 값입니다. 거의 대부분의 경우 conductivity effective mass 는 전자정공 인 경우도 있고 반대인 경우도 있습니다. 즉, 반도체 물질마다의 고유한 결정 특성 때문에 그렇게 된 것입니다.
@@DevicePhysics 자세한 답변 감사합니다 교수님! density of state effective mass는 반도체 물질에 따른 고유한 결정구조에 의해 정해진다고 정리하도록 하겠습니다. 그렇다면 conductivity effective mass에 대해서는 제가 생각한 대로 이해하고 정리하면 되는 건가요?
@@sleepylazy6610 네 그렇습니다.
@@DevicePhysics 항상 감사합니다 교수님 ㅠㅠ
안녕하세요! 반도체 공학 전공하고 있는 학생입니다! 영상 마지막 부분에 전계가 일정 부분 이상 되면 드리프드 속도가 감소한다고 하셨는데, 저희가 배우는 교재에선 약 10^5V/cm정도의 전계에선 열속도를 초과해 드리프트 속도가 열속도와 관련한 식으로 나오는데 이 부분 설명 가능하실까요?
구체적으로 어느 부분이 궁금한것인가요? 댓글에 자세히 설명하기는 어려워 보다 구체적으로 질문주면 좋겠습니다.
@@DevicePhysics 교재에는 300k에서 이동도가 1350cm^2/Vs일 때, 10^5cm/s의 높은 전기장에서 전하의 속도는 vth{1-exp(-e/ec)}로 나온다고 나와있습니다. 교재의 풀이를 보면 vth는 열속도이고 e와 ec는 e는 10^5으로, 인가된 전기장을 의미하는것 같고, ec는 1.5x10^4로, 이 역시전기장과 관련된 수인것 같은데, 이 식이 무엇을 의미하는지 알고싶습니다.
@@min8511115 velocity saturation 현상을 설명하기 위한 모델입니다. 자세한 내용은 [고급소자물리|3.4.1] 에서 설명하였으니 참고 바랍니다.
간략하게 설명하면, 학부 수준에서는 전자의 속도 v = mobility * E 라고 배우고, 가해지는 E-field 에 비례해서 속도가 증가한다고 까지만 배웁니다. 하지만 실제로는 어느정도 이상의 강한 E-filed 가 가해지면 전자의 속도가 더이상 증가되지 못하고 saturation 되는 현상이 나타납니다. 교재의 수식은 그러한 saturation 을 고려한 조금 더 정확한 전자의 속도 모델이라고 생각하면 됩니다.
@@DevicePhysics 설명 감사합니다! 그럼 vth는 vsat과, ec는 Esat과 같은 것으로 보면 되는건가요?
@@min8511115 같은 물리량은 아닙니다. saturation 을 모델링하기위한 파라미터들입니다.
기말고사도 신세 좀 지러왔다면 개추 ㅋㅋㅋ