좋은 강의 감사합니다 교수님. 질문이 있어서 댓글 남깁니다. 8:50 이 슬라이드에서 p쪽에 있는 전자가 depletion region에 들어오면서 굉장히 큰 위치에너지가 운동에너지로 바뀐다고 하셨는데, 여기서 말한 위치에너지를 개념적으로 어떻게 이해를 하면 좋을까요? 보통 물리적으로 높은 곳에 있으면 위치에서지가 높다고 생각하는데, 반도체 내에서 전자가 실제 물리적으로 정말 높은 위치에 있는건가요? 상상이 잘 안가서 질문 드립니다.
외부에서 가해주는 전압에 의해 발생하는 E-field 는 전부 depletion region 에만 걸립니다 (depletion approximation). 따라서 depletion region 밖의 중성영역에는 E-field 가 없고, 따라서 드리프트도 없습니다. 이미 농도 그래프에서 보여지듯이, depletion region 에서 가까울수록 minority carrier (np, pn)의 농도가 감소합니다. 따라서 소수의 전자가 확산에 의해 depletion region 쪽으로 끌려오고, 그 전자가 depletion region 안의 강한 E-field 에 의해 움직이게 됩니다. reverse bias 에서의 minority carrier 분포에 대한 내용은, 기초반도체공학[2.4] 강의에 나옵니다.
N_d 는 그냥 N_D 와 같습니다. 도핑농도를 나타낼 때, 수식에서 대문자, 소문자를 혼용해서 사용하였습니다. 애벌런치효과와 제너효과는 동시에 나타날 수도 있는데, 일반적인 경우라면 둘 중 하나가 더 우세하게 나타납니다. 도핑농도가 높은 pn접합의 경우, 제너효과가 낮은 전압에서 먼저 나타나기 때문에 애벌런치 효과가 나타나기 어렵습니다. 도핑농도가 낮은 pn접합의 경우, 애벌런치효과와 제너효과가 동시에 나타날 수 있지만, 애벌런치효과가 훨씬 우세합니다.
안녕하세요 교수님. 하나 여쭤볼게 있어서 댓글을 남깁니다. 에너지 밴드갭이 크면 avalanche breakdown이 일어나기 어려운데 그 이유를 설명해보라는 질문을 받았습니다. 이 때 저는 valance band에 있는 전자가 conduction band로 올라가야 이온화가 일어나는데 이 때 에너지 밴드갭 이상의 에너지가 필요합니다. 따라서 에너지 밴드갭이 커지면 더 큰 에너지를 가해줘야 하므로 avalanche breakdown이 일어나기 어렵다고 답변했습니다. 맞는것인가요??
안녕하세요 교수님 Zener effect에서 터널링되는 전자는 p형의 valence band에 있는 많은 전자들이 에너지를 받아 장벽을 뚫고 터널링된다라고 보면 되는 것인가요? (P형이라 홀이 많다는것 때문에 전자가 이동하는게 좀 어색합니다. 홀이 많지만 애초에 valence band에 전자도 많다고 이해하면 될까요?)
교수님 안녕하세요! 강의 잘 보고 있습니다! Zener effect 설명해 주실때 매우 큰 reverse bias를 걸면 에너지 장벽이 좁아진다고 하셨는데, 이전 강의에서는 reverse bias를 걸면 depletion region이 커진다고 하셔서 헷갈립니다. depletion region이 커지는 것은 고려하지 않아도 되나요?
교수님 강의 늘 잘 보고 있습니다. ESD 보호소자 중 GGNMOS에서 애벌런치 현상이 이용된다고 알고 있습니다. ESD현상이 발생할 때 드레인N+과 P-Well 간의 애벌런치 현상으로 내부기생BJT가 동작하게 되는데, BJT의 턴온 조건은 Vbe가 턴온전압보다 높아져야 합니다. 따라서 애벌런치 현상으로 인해 base 영역인 P-Well 부분의 전위가 높아져 턴-온이 된다고 해석이 가능할까요?? 결론적으로, 애벌런치 현상이 P쪽의 전위를 높여준다고 해석이 가능할지 궁금합니다. 만약 전위를 높여준다면, 그 이유로는 애벌런치 현상으로 인해 생성된 정공은 P쪽으로 갈텐데 이 정공은 +차지이기 때문으로 생각해도 될까요?
@@DevicePhysics 감사합니다 교수님. 말씀해주신 강의 곱씹으며 듣고 있습니다. 강의 중에, 핫캐리어가 너무 많이 생겨서 델타Vbody가 0.6V 이상으로 높아지면 기생BJT가 턴온된다고 하셨는데 이와 유사하게 애벌런치 현상으로 생긴 정공이 body의 전위를 올려주게 되는 것까지는 이해 되었습니다. 그런데 이것에 대한 이유는 정공이 +차지이기 때문에 charge density로 해석했을때 애벌런치 현상으로 인해 생성된 정공이 P쪽의 양의 차지를 더해주어 결국 P의 전위가 올라간다고 생각하는데 이렇게 생각하면 안되는 점이 있을까요?
@@jyn9988 "정공이 body의 전위를 올려주게 되는 것까지는 이해 되었습니다" --> "정공이 P쪽의 양의 차지를 더해주어 결국 P의 전위가 올라간다고 생각하는데 이렇게 생각하면 안되는 점이 있을까요?" 질문이 무슨 뜻인지 이해가 안됩니다. body 의 전위가 올라가는 것이 이해가 되었다고 하였는데, 그럼 궁금한 점이 무엇인 것인가요?
교수님 덕분에 정말 많이 배우고 있습니다 ㅎㅎ 다름 아니라 온도에 따른 각 Breakdown의 변화를 알고 싶어 질문드립니다. 일반적으로 온도가 증가할 때, Avalanche breakdown voltage는 증가하고, Zener breakdown voltage는 감소한다는데 왜 그런지 정성적으로라도 이해가 가능할까요?
선생님. 좋은 강의 감사 드립니다. avalanche 효과에서 전계에 의해 가속된 전자 하나는 원자핵에 속박된 전자를 컨덕션 밴드에 까지 올려 놓는 충돌을 최소한 두 번 이상은 하거나 한번의 충돌에도 전자 두 개 이상을 컨덕션 밴드로 올려 놓아야 이 효과가 일어날 것 같은데 이런 생각이 맞는 건가요?
depletion region이 늘어나면 fixed charge들 때문에 e-filed가 쎄지는 건 이해를 하지만, e-filed가 쌔질 수록 p-type의 minority carrier는 더욱 n-type 방향으로 가기 쉬울것 같은데 이럴경우 오히려 reverse bias와 같은 방향인 충분한 depletion region e-field 덕분에 더 약한 breakdown voltage를 가질 수 있지 않을까 라는 생각이 듭니다.
뭔가를 잘못 이해하고 있는데, 1) depletion width 가 증가하면, Emax 는 감소합니다. 이미 이전 강의에서 유도해보았으니 다시 확인해보길 바랍니다. 2) 이 강의의 마지막 슬라이드에 나온것처럼, 도핑농도가 증가하면 Emax 도 증가합니다. 즉, Emax>Ecrit 인 상황이 더 쉽게 만들어질 수 있으니 breakdown 이 더 쉽게 발생하고, 이를 바꾸어 말하면 breakdown voltage 가 낮아짐을 뜻합니다.
강의를 참고하고 depletion width 가 늘어나면 e-max가 감소하는걸 제가 이해해봤는데 한번 맞는지 봐주실 수 있는지 궁급합니다! 1. capacitance의 식에서 유도한 width와 capacitance는 반비례함. 2. charge간 distance가 늘어나면 쿨롱의 법칙에 의해 E-field는 거리의 제곱에 반비례하게 낮아짐. 3. depletion region이 늘어나는건 capacitor의 width가 늘어나는 것과 같음. 4. 즉 depletion region의 width가 늘어나면 E는 감소하게 되고 avalanche break down를 일으키기 위해서는 낮아진 E로 인한 더 높은 reverse bias가 있어야함. 이렇게 이해해도 괜찮을까요?
정말 죄송하지만 마지막으로 질문드려도 될까요? 도핑을 낮추면 potential 과 e-field가 비례하는것은 쿨롱의 법칙으로 이해하고 있습니다. 그러면 built in potential 이 낮아지는 원인인 도핑 감소로 수식적으로는 depletion region width도 같이 증가하게 되는데 1. depletion region width 와 built in potential간 관계가 있을까요? 2. 혹시 depletion region이 증가하면 e-field가 낮아지는것을 one-side junction에서 도핑을 감소시키는 변화를 통해 depletion region width을 증가시키게 되면 변화하는 depletion region에서 width는 늘어나지만 반대쪽 region 의 charge량과 동일하게 맞춰야하니 전하 밀도가 낮아지는 이유로 e-filed의 감소가 일어났다. 이렇게 수식적인 이유말고 정성적으로 이해를 해도 괜찮을까요?
추가적으로 질문드릴 점이 있는데, 만약 두 단어가 같다면 역방향 전압이 커질수록 Wdep이 커지는 것으로 알고 있는데 영상에서는 depletion region이 휘어져 barrier width가 줄어든다고 하셨습니다. 제가 무엇을 잘못 이해하고 있는 건지 알려주시면 정말 감사하겠습니다!
교수님 항상 강의 잘 보고 있습니다 감사드려요 ^^ zener diode 관련해서 질문이 있어요. 실제 메모리 제품을 생산하는 과정에서는 디바이스에 인가되는 전압들이 많다보니(etch 공정 등) ‘외부 데미지’를 차단(보호) 할 수 있는 protection diode를 곳곳에 배치 하는걸로 알고 있습니다. 이게 아마 ‘제너 다이오드’가 아닐까 싶은데요. 질문은 제너다이오드에 breakdown bias 이상이 걸리면 current path 역할을 해서 소자는 보호 할 수 있겠지만 zener diode는 말 그대로 breakdown 상황을 경험 했기 때문에 해당 Zener diode는 수명을 다 했을 것 같은데 어떤지요? 제너 다이오드가 ‘연속적’으로 소자 보호 역할을 할 수 있는지 궁금합니다. 감사드립니다.
단순히 한가지 이유만 있는것이 아니기 때문에 답변하기 어렵습니다. stress 라는 것이 electric stress 인가요? 매우 높은 전류에 의한 stress 라면, dopant 들이 redistribution 되면서 leakage 가 증가할수도 있을것 같습니다. 하지만 소자의 구조, stress 조건, contact 을 구성하는 물질 등을 정확히 알고 원인을 여러 분석방법을 통해 확인해보아야 합니다.
교수님 항상 강의 잘 보고 있습니다. 강의 내용 중 궁금한게 있어서 질문 드립니다. Avalanche effect에서 전계가 강해지면 P형 반도체의 Ec 전자가 drift 전류로 이동하고 그 과정에서 E가 증가해도 Velocity는 saturation 되고 이로 인해 남는 E를 Ev의 전자가 받아 EHP를 생성하고 이러한 작용이 연쇄적으로 발생한다고 이해하였는데 맞는 걸까요?
1. reverse bias 가 걸린 상황이기 때문에, p-type 에 있던 전자는 확산에 의해 depletion region 까지 이동합니다. 그림에도 적혀 있습니다. 2. avalanche effect 는 depletion region 내에서 발생하기 때문에, 채널에서 발생하는 velocity saturation 이 그대로 적용되지는 않습니다. 3. 강의에서 설명했듯이, 전자의 운동에너지가, 원자핵에 속박된 전자의 결합을 끊기 때문에, 전자와 홀 쌍이 만들어 집니다.
@@DevicePhysics p-type 전자가 확산에 의해 이동하는게 이해가 잘 되지않습니다 p도핑 반도체의경우 conduction band에 전자가 거의 존재하지 않지만 depletion region에 비해서는 상대적으로 많아 diffusion current가 발생하겠지만 P type에 -전계를 걸어준 상황이므로 그 전기장이 강해질수록 전기장이 세져서 전자가 +쪽으로 이동하는 힘이 더 강한 것 아닌가요?
교수님 질문이 있습니다. zener effect에 대한 내용을 듣다가 갑자기 헷갈린 부분인데 n 타입 반도체의 컨덕션 밴드에는 페르미 준위가 가까워서 거의다 비어이는 states라고 설명해주셨는데 물리전자 시간에 배웠기를 n타입 반도체일때는 대부분의 전자가 컨덕션 밴드에 올라가는데 zener effects에서 터널링 현상일때 p타입 밸런스 밴드에 있는 전자가 n타입 컨덕션 밴드에 있는 비어있는 state로 간다는것이 이해가 가질 않습니다. n타입 반도체의 컨덕션 밴드에는 전자가 가득 차있기 때문에 비어있는 states가 있는지가 궁금합니다 제 기억에는 밴드 근처의 states에만 전자가 가득차있고 나머지 위에 states는 비어 있다고 했는데 그걸 말하는 건지 궁금합니다. 혹시 방금 위에 제가 말한 것이 맞다면 도핑 반도체에서 n,p의 농도는 밴드 근처의 전자와 홀만 말하는 것인지도 궁금합니다,,,
"n타입 반도체일때는 대부분의 전자가 컨덕션 밴드에 올라가는데" --> 이 부분을 잘못 이해하고 있습니다. n-type 반도체인 경우에도 대부분의 전자는 Ec 레벨 근처에만 존재합니다. 따라서 Ec 레벨보다 더 위쪽의 state 는 거의 비어 있습니다. conduction band 전체에 전자가 채워지는 것이 아닙니다. 다시 [물리전자공학] 강의를 복습해 보는것이 좋겠습니다.
안녕하세요. 수업 잘 듣고 있습니다. 제너 효과에 대한 질문이 있습니다! 제너효과에서 PN 접합에 강한 역전압을 걸어 p형 내의 전자가 느끼는 에너지 장벽의 두께가 줄어든다고 하셨는데 PN 접합에 역전압을 걸면 공핍층의 영역은 늘어날텐데 어떻게 p형 내의 전자가 느끼는 에너지 장벽의 두께가 줄어들 수 있는건지 궁금합니다.
안녕하세요 교수님 avalanche effect에대한 질문이 있습니다.! 이 effect는 lattice 충돌에의한 generation으로 인하여 전류가 급격하게 증가하는것이라고 말씀해주셨습니다. 그런데 이 lattice 충돌은 depletion 내에서 발생하는 것인데 처음에 충돌을 하게 되는 원인이 depletion 내에있는 carrier가 충돌하는 것이 아닌 depletion 근처에 있는 캐리어가 큰 전압으로 인하여 depletion 내에 들어오면서 충돌이 발생 하는 것인가요? 지금까지의 가정에 따르면 depletion 내에 free carrier의 농도는 0이라고 하셔서 그게 맞는지 여쭤보고자 합니다.
depletion region 에서 carrier 의 농도가 0 이라는 것은 전압이 걸리지 않았을 때를 말하는 것입니다. forward/reverse bias 가 걸리게 되면 depletion region 안으로 carrier 가 주입되기 때문에 농도가 0 은 아닙니다.
안녕하세요 교수님 좋은 강의 항상 감사드립니다 강의를 듣던 중 질문이 생겨 댓글 남깁니다. 에너지 밴드갭과 breakdown voltage간에 어떠한 관계가 있는지, 밴드갭이 클수록 breakdown이 더욱 쉽게 일어나게 되는지 궁금합니다. 강의에서 언급하지는 않으셨지만, 문득 궁금하여 질문드립니다! 감사합니다
터널링 현상이 일어날 수는 있으나, 잘 일어나지는 못합니다. 그 이유는 중성영역에서의 저항성분 때문입니다. 다음 챕터에서 pn diode 부분을 공부해보면, 이상적인 다이오드를 가정할 때, 외부에서 인가되는 전압이 전부 depletion region 에만 인가되는 것으로 가정합니다. 즉, depletion region 이 아닌 양쪽의 중성영역에서는 저항값을 0 으로 가정하기 때문에, voltage drop 도 없고, E-field 도 0 이라고 가정합니다. 하지만 실제로는 이러한 중성영역에도 어느 정도의 저항성분이 존재하기 때문에 voltage drop 이 발생할 수 밖에 없습니다. 만약 highly doping 되지 않은 반도체로 pn 다이오드를 만들게 되면, 외부에서 인가되는 전압이 전부 depletion region 에만 인가되는 것이 아니라 중성영역에 나누어져서 인가됩니다. 결과적으로 highly doping 되지 않은 pn 다이오드에 아주 강한 reverse bias 를 인가하면, 이 reverse bias 가 depletion region 의 밴드를 휘어지게 만드는 것이 아니라, 중성영역쪽의 밴드를 휘어지게 하는데 사용되고, 따라서 쉽게 터널링 현상이 발생하지는 못하게 됩니다.
이전 강의들에서 배웠듯이, doping 농도가 높을수록 depletion width 가 좁아지면서 Emax 가 커집니다. avalanche breakdown 은 강한 E-field 에 의해 가속되는 캐리어 때문에 발생하는 현상이고, 따라서 doping 농도를 낮추는 것이 avalanche breakdown 을 막는데 유리합니다.
제너다이오드가 소자 보호에 사용되는 이유 : 전류의 세기가 커도 제너 브레이크다운 현상에서는 Vbr의 크기는 일정하기 때문에 정전기와 같은 큰전류가 소자로 흘러도 제너다이오드에 의해 고전압을 완화시켜준다. 산사태 현상에서 P > N으로 이동되는 소수캐리어전자의 운동에너지를 Eg이상으로 높이는 법 : 전기장의 세기를 더 크게한다.
조금 잘못된 부분은, 정전기는 전압이 크고 흐르는 전류는 매우 작습니다. 따라서 정전기가 회로에 들어왔을 때, 제너다이오드는 Vr 이하만 회로에 들어올 수 있도록 막아주는 역할을 하게 됩니다. 다시 말하면, 큰 전류를 막아주는 역할이 아니라, 고전압을 막아주는 역할을 합니다.
@@갈비살 보통 제너다이오드는 강의에서 설명한것처럼 동작시키기 원하는 회로와 병렬연결하여 사용합니다. 여기서 동작시키기 원하는 회로를 간단히 load 저항이라고 생각하겠습니다. load 저항에 Vbr 이상의 전압이 들어오는 상황이 발생하면, 제너다이오드는 큰 전류를 흘려보낼 수 있기 때문에 (즉, 제너다이오드의 내부저항이 충분히 작아질 수 있기 때문에), 대부분의 전류는 제너다이오드 쪽으로 빠져나가게 되고, load 저항에는 낮은 전류만 흐를 수 있게 됩니다. 따라서 결과적으로 load 저항과 제너다이오드의 병렬 연결에는 Vbr 이하의 전압만 걸리게 됩니다.
교수님 질문 드립니다! 전자가 가진 에너지가 위치에너지에서 운동에너지로 바뀌고 그로 인해서 e-h 쌍이 생성된다고 말씀해주셨는데 p-type에 있던 전자가 n-type으로 이동하기 까지 몇번의 e-h 쌍이 생성되는지 궁금합니다! 강의에서는 2번으로 표현해 주셨는데 실제로는 얼마나 많이 발생하여 증폭되는지 궁금합니다!
동시에 발생할 수도 있지만, 보통은 두 효과 중 한쪽이 우세하게 발생합니다. 전압의 크기만 놓고 보자면, 상대적으로 낮은 전압에서 zener effect 가 먼저 발생하게 되고, avalanche effect 가 발생하려면 상대적으로 높은 reverse 전압이 필요합니다.
안녕하세요! 올려주신 강의로 많은 도움받고 있습니다. 이번 강의 보면서 질문이 있어서 댓글남깁니다 !! 1)Vb도 reverse bias인데 IC 회로 동작에 사용되나요? 아니면 과전압이 들어올 상황을 대비해 IC가 Vb까지 버틸 수 있게만 만드는건가요? (실제 회로 구동에 사용되는 전압인지 아니면 한계치를 Vb로 설정 해두고 forward bias일 때 IC회로가 구동되는건지) 2) zener effect와 avalanche effect가 highly doping이면 둘다 일어날 가능성이 있고, low doping이면 avalanche만 일어난다고 이해했습니다. 제가 IV 그래프를 찾아봤는데 두 breakdown이 같이 그려져있었고 이게 high doping일 때라 생각했습니다. 그리고 avalanche가 더reverse bias가 클 때 발생하더라구요 이때 그 이유가 무엇인지 궁금합니다.
1) 어떤점이 궁금한 것인지 질문이 정확히 이해가 되지 않는데, 일단 일반적인 회로라면 다이오드에 reverse bias 를 인가하지는 않습니다. 0V, VDD, 이렇게 몇개의 (+) 전압만 사용합니다. 회로 안에서 Vb 만큼의 전압이 걸리는 일은 발생하지 않습니다. 다만 외부에서 원하지 않는 과전류/과전압이 IC 쪽으로 들어오는 것을 막는 보호회로를 만드는 방법 중 한가지 예로 다이오드의 breakdown 현상을 이용할 수도 있다는 것을 강의에서 설명한 것입니다. 2) zener effect는 높은 도핑농도 때문에 밴드가 이미 많이 휘어진 상태에서, 조금 더 reverse bias를 가하게 되면 tunneling 때문에 발생하는 현상입니다. avalanche effects 는 낮은 도핑농도에서도 큰 reverse bias 때문에 강한 E-field 가 형성되었을 때 나타납니다. 따라서 zener breakdown 현상이 나타나는 VB 보다는 avalanche breakdown 이 나타나는 VB 가 더 큽니다. IV 그래프에서 두 breakdown이 같이 그려져 있는 것은, 두 현상이 같이 나타날 수 있다는 뜻이 아니라, 서로 다른 VB 의 차이를 표현하기 위해서일 것입니다.
교수님 안녕하십니까 강의를 듣다가 궁금한 점이 생겨서 댓글 남깁니다. 항상 이해하기 쉽게 강의해주셔서 정말 감사드립니다. zener effect효과가 highly doped된 상태에서 발생한다고 하셨는데 앞에서 볼츠만 근사를 가정한다고 하였기에 non-degenerated를 의미한다고 알고있습니다. 이러한 상황은 도핑농도가 높지 않다고 알고있는데 그럼 zener effect효과는 이전의 가정과는 다른 상황에서 발생하는것인지 궁금합니다.
안녕하세요 강의에서 질문이 생겨 댓글 드립니다. 우선 Avalanche Breakdown의 생성 원리는 모두 이해 하였습니다. 하지만 맨 초기에 p type의 Conduction band에 있는 전자가 reverse bias를 걸면 depletion region에 들어 가게 되는 이유는 어떤 것인가요? 단순히 drift로 인한 것인가요..?
![[Basic Semiconductor Device|1.7] pn junction #tunnel diode #LED #photodetector #solar cell](http://i.ytimg.com/vi/VG9MEpr7neE/mqdefault.jpg)
![[Basic Semiconductor Device|1.7] pn junction #tunnel diode #LED #photodetector #solar cell](/img/tr.png)
![[Basic Semiconductor Device|1.5] pn junction : #depletion capacitance](http://i.ytimg.com/vi/Kyyd5rXIYyo/mqdefault.jpg)
![[Basic Semiconductor Device|1.4] pn junction : #forward bias #reverse bias](http://i.ytimg.com/vi/Z6U8maV8THE/mqdefault.jpg)
좋은 강의 감사합니다 교수님. 질문이 있어서 댓글 남깁니다.
8:50 이 슬라이드에서 p쪽에 있는 전자가 depletion region에 들어오면서 굉장히 큰 위치에너지가 운동에너지로 바뀐다고 하셨는데, 여기서 말한 위치에너지를 개념적으로 어떻게 이해를 하면 좋을까요? 보통 물리적으로 높은 곳에 있으면 위치에서지가 높다고 생각하는데, 반도체 내에서 전자가 실제 물리적으로 정말 높은 위치에 있는건가요? 상상이 잘 안가서 질문 드립니다.
1. [물리전자공학]에서 에너지밴드다이어그램은 전자의 '전기적위치에너지'를 그린 그림이라고 이미 배웠습니다.
2. 전기적위치에너지에 대한 의미는, 일반물리학 시간에 이미 배웠을 것이며, [기초반도체공학|0.1] 강의에서도 요약해놓았으니 복습을 해보길 바랍니다.
감사합니다 교수님
늘 감사합니다.
8:30 에서 애벌런치 효과를 설명하실 때 오른쪽 그림에 diffusion of electron이라고 적혀있는데 확산이 아니라 드리프트 아닌가요? 왜냐하면 소수의 전자가 +전압에 의하여 움직이고 있는거 아닌가요?
외부에서 가해주는 전압에 의해 발생하는 E-field 는 전부 depletion region 에만 걸립니다 (depletion approximation). 따라서 depletion region 밖의 중성영역에는 E-field 가 없고, 따라서 드리프트도 없습니다.
이미 농도 그래프에서 보여지듯이, depletion region 에서 가까울수록 minority carrier (np, pn)의 농도가 감소합니다.
따라서 소수의 전자가 확산에 의해 depletion region 쪽으로 끌려오고, 그 전자가 depletion region 안의 강한 E-field 에 의해 움직이게 됩니다.
reverse bias 에서의 minority carrier 분포에 대한 내용은, 기초반도체공학[2.4] 강의에 나옵니다.
죄송한데 혹시 2:36 p형에 전자주입하면 에너지레벨이 올라가고 n형에 정공주입하면 에너지레벨이 낮아지는지 알려주실수 있나요??
설명을 잘못 이해했습니다. p-type 쪽에 (-)전압을 인가한 것이고, n-type 쪽에 (+) 전압을 인가한 것입니다.
아 그냥 역방향 바이어스 건거네요 설명 정말 잘하시네요... 등록금500내고 듣는수업보다 훨씬 질이 높아요👍
13:19 영상에서 E-field의 최대치 공식에서 N_d가 있는데 이건 (N_A*N_D)/(N_A+N_D)의 약자인가요?
그리고 애벌런치 효과 제너 효과가 동시에 발생할 수도 있나요?
N_d 는 그냥 N_D 와 같습니다.
도핑농도를 나타낼 때, 수식에서 대문자, 소문자를 혼용해서 사용하였습니다.
애벌런치효과와 제너효과는 동시에 나타날 수도 있는데, 일반적인 경우라면 둘 중 하나가 더 우세하게 나타납니다.
도핑농도가 높은 pn접합의 경우, 제너효과가 낮은 전압에서 먼저 나타나기 때문에 애벌런치 효과가 나타나기 어렵습니다.
도핑농도가 낮은 pn접합의 경우, 애벌런치효과와 제너효과가 동시에 나타날 수 있지만, 애벌런치효과가 훨씬 우세합니다.
@@DevicePhysics N_d가 N_D라면 N_A는 고려하지 않는 이유가 뭔가요?
@@박지원-s5w5h one side junction 을 가정해서 그런 것입니다. 사실 impact ionization 이 일어나는 과정에 대한 수식은 복잡해서 학부 수준에서는 다루지 않습니다. 그냥 큰 E-field 가 필요하다는 것만 이해하면 됩니다.
안녕하세요 교수님. 하나 여쭤볼게 있어서 댓글을 남깁니다.
에너지 밴드갭이 크면 avalanche breakdown이 일어나기 어려운데 그 이유를 설명해보라는 질문을 받았습니다.
이 때 저는 valance band에 있는 전자가 conduction band로 올라가야 이온화가 일어나는데 이 때 에너지 밴드갭 이상의 에너지가 필요합니다. 따라서 에너지 밴드갭이 커지면 더 큰 에너지를 가해줘야 하므로 avalanche breakdown이 일어나기 어렵다고 답변했습니다.
맞는것인가요??
네 맞습니다.
@@DevicePhysics 감사합니다!
안녕하세요 교수님
Zener effect에서 터널링되는 전자는 p형의 valence band에 있는 많은 전자들이 에너지를 받아 장벽을 뚫고 터널링된다라고 보면 되는 것인가요?
(P형이라 홀이 많다는것 때문에 전자가 이동하는게 좀 어색합니다. 홀이 많지만 애초에 valence band에 전자도 많다고 이해하면 될까요?)
네 맞습니다.
@@DevicePhysics 답변 감사합니다!
avalanche effect에서 conduction band의 전자가 급격한 기울기로 인해 아래로 떨어지는건 강한 electric field에 의한 drift가 발생하기 때문인가요?
에너지밴드가 휘어있다는 것 자체가 E-field 가 존재한다는 뜻입니다. [물리전자공학]에서 배운 에너지밴드다이그램을 복습해보길 바랍니다.
안녕하세요 애벌랜치 항복 부분에서 질문이 생겨서 댓글 남깁니다.
공핍층 영역은 이온화된 불순물만 존재해서 전자가 없다고 알고 있는데
어떻게 전자를 계속 발생 시키는지 궁금합니다.
공핍층은 이온화된 불순물만 존재하는 영역이 아닙니다.
avalanche 현상이 발생하면, 공유결합을 형성하고 있는 전자가 결합을 끊고 탈출하면서 캐리어들이 생성되는 것입니다.
교수님 안녕하세요! 강의 잘 보고 있습니다! Zener effect 설명해 주실때 매우 큰 reverse bias를 걸면 에너지 장벽이 좁아진다고 하셨는데, 이전 강의에서는 reverse bias를 걸면 depletion region이 커진다고 하셔서 헷갈립니다. depletion region이 커지는 것은 고려하지 않아도 되나요?
reverse bias 가 커지면, depletion width 는 넓어집니다. 다만 valence band 와 conduction band 사이의 간격이 가까워지면서 tunneling 이 발생합니다. 에너지밴드 다이어그램에서 잘 이해해보길 바랍니다.
@@DevicePhysics 답변 감사드립니다!
교수님 강의 늘 잘 보고 있습니다.
ESD 보호소자 중 GGNMOS에서 애벌런치 현상이 이용된다고 알고 있습니다. ESD현상이 발생할 때 드레인N+과 P-Well 간의 애벌런치 현상으로 내부기생BJT가 동작하게 되는데, BJT의 턴온 조건은 Vbe가 턴온전압보다 높아져야 합니다. 따라서 애벌런치 현상으로 인해 base 영역인 P-Well 부분의 전위가 높아져 턴-온이 된다고 해석이 가능할까요??
결론적으로, 애벌런치 현상이 P쪽의 전위를 높여준다고 해석이 가능할지 궁금합니다. 만약 전위를 높여준다면, 그 이유로는 애벌런치 현상으로 인해 생성된 정공은 P쪽으로 갈텐데 이 정공은 +차지이기 때문으로 생각해도 될까요?
@@jyn9988[ 고급소자물리|3.5.5] 강의에 parasitic BJT에 대한 설명이 있습니다. 저는 GGNMOS에 대해 잘 모르나, 질문한 상황과 거의 유사해 보입니다. 참고해보길 바랍니다.
@@DevicePhysics 감사합니다 교수님. 말씀해주신 강의 곱씹으며 듣고 있습니다.
강의 중에, 핫캐리어가 너무 많이 생겨서 델타Vbody가 0.6V 이상으로 높아지면 기생BJT가 턴온된다고 하셨는데 이와 유사하게 애벌런치 현상으로 생긴 정공이 body의 전위를 올려주게 되는 것까지는 이해 되었습니다.
그런데 이것에 대한 이유는 정공이 +차지이기 때문에 charge density로 해석했을때 애벌런치 현상으로 인해 생성된 정공이 P쪽의 양의 차지를 더해주어 결국 P의 전위가 올라간다고 생각하는데 이렇게 생각하면 안되는 점이 있을까요?
@@jyn9988 "정공이 body의 전위를 올려주게 되는 것까지는 이해 되었습니다" --> "정공이 P쪽의 양의 차지를 더해주어 결국 P의 전위가 올라간다고 생각하는데 이렇게 생각하면 안되는 점이 있을까요?"
질문이 무슨 뜻인지 이해가 안됩니다. body 의 전위가 올라가는 것이 이해가 되었다고 하였는데, 그럼 궁금한 점이 무엇인 것인가요?
@@DevicePhysics 정공이 body의 전위를 올려주는 이유를, 정공이 +차지이기 때문에 body쪽에 +차지를 더해주어 전위가 올라간다고 해석해도 될런지요??
@@jyn9988 네 맞습니다. 그렇게 해석하는게 아니라 전자기학적으로 맞는 것입니다.
교수님 덕분에 정말 많이 배우고 있습니다 ㅎㅎ 다름 아니라 온도에 따른 각 Breakdown의 변화를 알고 싶어 질문드립니다. 일반적으로 온도가 증가할 때, Avalanche breakdown voltage는 증가하고, Zener breakdown voltage는 감소한다는데 왜 그런지 정성적으로라도 이해가 가능할까요?
그리고 도핑농도에 따라서도 breakdown voltage의 증감을 따져주시면 감사하겠습니다!
댓글에서 간단히 설명할만한 내용이 아닙니다. tunneling이나 impact ionization이 온도에 따라 어떻게 달라지는지 찾아서 공부해보면 됩니다.
@@이원재-d1p 그냥 단순하게 결정되지 않습니다. 두가지 breakdown 메커니즘중에 도핑농도에 따라 어느 한쪽이 주된 메커니즘이 되는지 따져보면 됩니다.
@@DevicePhysics 네 알겠습니다! 답변 참고해서 찾아보겠습니다! 감사합니다.
선생님. 좋은 강의 감사 드립니다.
avalanche 효과에서 전계에 의해 가속된 전자 하나는 원자핵에 속박된 전자를 컨덕션 밴드에 까지 올려 놓는 충돌을 최소한 두 번 이상은 하거나 한번의 충돌에도 전자 두 개 이상을 컨덕션 밴드로 올려 놓아야 이 효과가 일어날 것 같은데 이런 생각이 맞는 건가요?
네 맞습니다.
@@DevicePhysics 명절 연휴에도 이렇게 시간내어 주셔서 감사드립니다.
안녕하세요 교수님! avalanche break down 관련해서 궁금증이 있습니다.
교재를 참고하면 식에서 저농도로 도핑시 항복전압이 높아지는 경향이 있습니다. 저농도로 도핑시 depletion region이 늘어나게 되는데 depletion region이 늘어남과 break down voltage가 늘어남이 정성적 원리로 이해하기가 어려워서 질문 드립니다.
depletion region이 늘어나면 fixed charge들 때문에 e-filed가 쎄지는 건 이해를 하지만, e-filed가 쌔질 수록 p-type의 minority carrier는 더욱 n-type 방향으로 가기 쉬울것 같은데 이럴경우
오히려 reverse bias와 같은 방향인 충분한 depletion region e-field 덕분에 더 약한 breakdown voltage를 가질 수 있지 않을까 라는 생각이 듭니다.
뭔가를 잘못 이해하고 있는데,
1) depletion width 가 증가하면, Emax 는 감소합니다. 이미 이전 강의에서 유도해보았으니 다시 확인해보길 바랍니다.
2) 이 강의의 마지막 슬라이드에 나온것처럼, 도핑농도가 증가하면 Emax 도 증가합니다. 즉, Emax>Ecrit 인 상황이 더 쉽게 만들어질 수 있으니 breakdown 이 더 쉽게 발생하고, 이를 바꾸어 말하면 breakdown voltage 가 낮아짐을 뜻합니다.
강의를 참고하고 depletion width 가 늘어나면 e-max가 감소하는걸 제가 이해해봤는데 한번 맞는지 봐주실 수 있는지 궁급합니다!
1. capacitance의 식에서 유도한 width와 capacitance는 반비례함.
2. charge간 distance가 늘어나면 쿨롱의 법칙에 의해 E-field는 거리의 제곱에 반비례하게 낮아짐.
3. depletion region이 늘어나는건 capacitor의 width가 늘어나는 것과 같음.
4. 즉 depletion region의 width가 늘어나면 E는 감소하게 되고 avalanche break down를 일으키기 위해서는 낮아진 E로 인한 더 높은 reverse bias가 있어야함.
이렇게 이해해도 괜찮을까요?
@@박준영-s1h 그냥 potential 과 E-field 사이의 관계로 이해하면 됩니다. capacitance 를 고려할 이유가 없습니다. [기초반도체공학|1.3] 강의에 내용이 있으니 확인 바랍니다.
정말 죄송하지만 마지막으로 질문드려도 될까요?
도핑을 낮추면 potential 과 e-field가 비례하는것은 쿨롱의 법칙으로 이해하고 있습니다.
그러면 built in potential 이 낮아지는 원인인 도핑 감소로 수식적으로는 depletion region width도 같이 증가하게 되는데
1. depletion region width 와 built in potential간 관계가 있을까요?
2. 혹시 depletion region이 증가하면 e-field가 낮아지는것을 one-side junction에서 도핑을 감소시키는 변화를 통해 depletion region width을 증가시키게 되면 변화하는 depletion region에서 width는 늘어나지만 반대쪽 region 의 charge량과 동일하게 맞춰야하니 전하 밀도가 낮아지는 이유로 e-filed의 감소가 일어났다. 이렇게 수식적인 이유말고 정성적으로 이해를 해도 괜찮을까요?
안녕하세요 교수님 강의 잘 듣고 있습니다.
혹시 마지막 페이지에서 Emax 공식이 one-sided junction으로 p+n인 상황에서 나온 공식인건가요? 만약 그렇다면 왜 그렇게 가정하는지 알려주실 수 있으신가요?
특별한 이유는 없습니다.
교수님 역방향 전압을 걸어 주면 depletion region width는 늘어나지만 그에 반해 기울기가 가파라지므로 energy barrier width는 줄어드는 것으로 이해해도 될까요?
energy barrier width와 depletion width 는 같습니다.
감사합니다.😊
추가적으로 질문드릴 점이 있는데, 만약 두 단어가 같다면 역방향 전압이 커질수록 Wdep이 커지는 것으로 알고 있는데 영상에서는 depletion region이 휘어져 barrier width가 줄어든다고 하셨습니다. 제가 무엇을 잘못 이해하고 있는 건지 알려주시면 정말 감사하겠습니다!
아 질문을 이해했습니다. 그림에서 보면,
depletion width는 증가하지만, depletion region 안에서 valence band와 conduction band 사이의 간격은 좁아집니다. 이 간격을 의미한 것입니다.
감사합니다!!
교수님 항상 강의 잘 보고 있습니다 감사드려요 ^^
zener diode 관련해서 질문이 있어요.
실제 메모리 제품을 생산하는 과정에서는 디바이스에 인가되는 전압들이 많다보니(etch 공정 등) ‘외부 데미지’를 차단(보호) 할 수 있는 protection diode를 곳곳에 배치 하는걸로 알고 있습니다. 이게 아마 ‘제너 다이오드’가 아닐까 싶은데요. 질문은 제너다이오드에 breakdown bias 이상이 걸리면 current path 역할을 해서 소자는 보호 할 수 있겠지만 zener diode는 말 그대로 breakdown 상황을 경험 했기 때문에 해당 Zener diode는 수명을 다 했을 것 같은데 어떤지요? 제너 다이오드가 ‘연속적’으로 소자 보호 역할을 할 수 있는지 궁금합니다.
감사드립니다.
oxide 에서의 breakdown 과는 다르게, 다이오드에서의 breakdown 은 영구적인 손상이나 변화가 발생하는 것은 아닙니다. 그냥 큰 전류가 흐를 수 있는 상태가 된다고 생각하면 됩니다 (물론 최대로 흘려줄 수 있는 전류값 한계는 있습니다).
좋은 강의 잘 들었습니다.
궁금한것이 stress이후 Junction leakage가 증가 한다면(동일전압) Si 격자가 틀어지는 것인지, n+/p+ 영역이 섞이는 것인지 찾아봐도 안나와서요. 어떤 상태가 될련지 혹시 설명 가능하실지요?
단순히 한가지 이유만 있는것이 아니기 때문에 답변하기 어렵습니다.
stress 라는 것이 electric stress 인가요? 매우 높은 전류에 의한 stress 라면, dopant 들이 redistribution 되면서 leakage 가 증가할수도 있을것 같습니다.
하지만 소자의 구조, stress 조건, contact 을 구성하는 물질 등을 정확히 알고 원인을 여러 분석방법을 통해 확인해보아야 합니다.
교수님 항상 강의 잘 보고 있습니다. 강의 내용 중 궁금한게 있어서 질문 드립니다.
Avalanche effect에서 전계가 강해지면 P형 반도체의 Ec 전자가 drift 전류로 이동하고 그 과정에서 E가 증가해도 Velocity는 saturation 되고 이로 인해 남는 E를 Ev의 전자가 받아 EHP를 생성하고 이러한 작용이 연쇄적으로 발생한다고 이해하였는데 맞는 걸까요?
1. reverse bias 가 걸린 상황이기 때문에, p-type 에 있던 전자는 확산에 의해 depletion region 까지 이동합니다. 그림에도 적혀 있습니다.
2. avalanche effect 는 depletion region 내에서 발생하기 때문에, 채널에서 발생하는 velocity saturation 이 그대로 적용되지는 않습니다.
3. 강의에서 설명했듯이, 전자의 운동에너지가, 원자핵에 속박된 전자의 결합을 끊기 때문에, 전자와 홀 쌍이 만들어 집니다.
@@DevicePhysics p-type 전자가 확산에 의해 이동하는게 이해가 잘 되지않습니다 p도핑 반도체의경우 conduction band에 전자가 거의 존재하지 않지만 depletion region에 비해서는 상대적으로 많아 diffusion current가 발생하겠지만 P type에 -전계를 걸어준 상황이므로 그 전기장이 강해질수록 전기장이 세져서 전자가 +쪽으로 이동하는 힘이 더 강한 것 아닌가요?
@@맥스웰-i1n depletion approximation 에 대해 이미 앞에서 배웠듯이, 양쪽 중성영역에는 E-field 가 존재하지 않습니다. E-field 는 depletion region 안에만 존재합니다.
교수님 질문이 있습니다. zener effect에 대한 내용을 듣다가 갑자기 헷갈린 부분인데
n 타입 반도체의 컨덕션 밴드에는 페르미 준위가 가까워서 거의다 비어이는 states라고 설명해주셨는데
물리전자 시간에 배웠기를 n타입 반도체일때는 대부분의 전자가 컨덕션 밴드에 올라가는데
zener effects에서 터널링 현상일때 p타입 밸런스 밴드에 있는 전자가 n타입 컨덕션 밴드에 있는 비어있는 state로 간다는것이 이해가 가질 않습니다.
n타입 반도체의 컨덕션 밴드에는 전자가 가득 차있기 때문에 비어있는 states가 있는지가 궁금합니다
제 기억에는 밴드 근처의 states에만 전자가 가득차있고 나머지 위에 states는 비어 있다고 했는데 그걸 말하는 건지 궁금합니다.
혹시 방금 위에 제가 말한 것이 맞다면
도핑 반도체에서 n,p의 농도는 밴드 근처의 전자와 홀만 말하는 것인지도 궁금합니다,,,
"n타입 반도체일때는 대부분의 전자가 컨덕션 밴드에 올라가는데" --> 이 부분을 잘못 이해하고 있습니다.
n-type 반도체인 경우에도 대부분의 전자는 Ec 레벨 근처에만 존재합니다. 따라서 Ec 레벨보다 더 위쪽의 state 는 거의 비어 있습니다.
conduction band 전체에 전자가 채워지는 것이 아닙니다.
다시 [물리전자공학] 강의를 복습해 보는것이 좋겠습니다.
감사합니다ㅠㅠ 이해된 것 같습니다
@@DevicePhysics 교수님 질문이 하나 더 있습니다. avalanche breakdown에서도 비어있는 states가 있기 때문에 터널링이 가능할수도 있지 않을까요?
도핑농도 차이가 크면 밴드가 심하게 휘어지기 때문에 zener effect 가 발생하며, 그렇지 않은 경우에는 avalanch effect 가 발생합니다. 즉 에너지밴드가 얼마나 휘어지는지를 따져봐야 합니다.
@@DevicePhysics Ec level이 아닌 Ev level을 말씀하신거죠??
안녕하세요. 수업 잘 듣고 있습니다.
제너 효과에 대한 질문이 있습니다!
제너효과에서 PN 접합에 강한 역전압을 걸어 p형 내의 전자가 느끼는 에너지 장벽의 두께가 줄어든다고 하셨는데 PN 접합에 역전압을 걸면 공핍층의 영역은 늘어날텐데 어떻게 p형 내의 전자가 느끼는 에너지 장벽의 두께가 줄어들 수 있는건지 궁금합니다.
강의자료에 나와있듯이 에너지밴드가 급격히 휘어지면서 valence band 에서 conduction band 로 band-to-band 터닐링이 발생합니다. 에너지밴드 다이어그램을 생각해보세요.
안녕하세요 교수님
avalanche effect에대한 질문이 있습니다.!
이 effect는 lattice 충돌에의한 generation으로 인하여 전류가 급격하게 증가하는것이라고 말씀해주셨습니다.
그런데 이 lattice 충돌은 depletion 내에서 발생하는 것인데 처음에 충돌을 하게 되는 원인이 depletion 내에있는 carrier가 충돌하는 것이 아닌 depletion 근처에 있는 캐리어가 큰 전압으로 인하여 depletion 내에 들어오면서 충돌이 발생 하는 것인가요?
지금까지의 가정에 따르면 depletion 내에 free carrier의 농도는 0이라고 하셔서 그게 맞는지 여쭤보고자 합니다.
depletion region 에서 carrier 의 농도가 0 이라는 것은 전압이 걸리지 않았을 때를 말하는 것입니다.
forward/reverse bias 가 걸리게 되면 depletion region 안으로 carrier 가 주입되기 때문에 농도가 0 은 아닙니다.
교수님 depletion 영역에는 fixed charge만 있고 carrier는 없는 것으로 알고 있는데 avalanche effect에서 왜 depletion 영역에서 e와 h가 생겨나는 지 궁금합니다.
강의에서 설명한것처럼, 고에너지를 가진 전자가 실리콘원자와 충돌하여 공유결합을 깨기 때문에 추가적으로 전자와 홀이 생성되는 것입니다.
안녕하세요 교수님 좋은 강의 항상 감사드립니다
강의를 듣던 중 질문이 생겨 댓글 남깁니다.
에너지 밴드갭과 breakdown voltage간에 어떠한 관계가 있는지, 밴드갭이 클수록 breakdown이 더욱 쉽게 일어나게 되는지 궁금합니다.
강의에서 언급하지는 않으셨지만, 문득 궁금하여 질문드립니다!
감사합니다
마지막 부분에 설명이 있습니다.
밴드갭 이상의 운동에너지를 가져야 impact ionization 이 발생할 수 있으므로, 밴드갭이 클수록 breakdown voltage 도 커지게 됩니다.
제가 이해를 못했었네요, 답변 감사드립니다 !
좋은 주말 보내세요.
highly doped 되지 않은 p-n 접합에서도 strong reverse biased 되어 장벽이 매우 얇게 되면 마찬가지로 터널링 현상이 일어나는지 궁금합니다
터널링 현상이 일어날 수는 있으나, 잘 일어나지는 못합니다. 그 이유는 중성영역에서의 저항성분 때문입니다.
다음 챕터에서 pn diode 부분을 공부해보면, 이상적인 다이오드를 가정할 때, 외부에서 인가되는 전압이 전부 depletion region 에만 인가되는 것으로 가정합니다.
즉, depletion region 이 아닌 양쪽의 중성영역에서는 저항값을 0 으로 가정하기 때문에, voltage drop 도 없고, E-field 도 0 이라고 가정합니다.
하지만 실제로는 이러한 중성영역에도 어느 정도의 저항성분이 존재하기 때문에 voltage drop 이 발생할 수 밖에 없습니다.
만약 highly doping 되지 않은 반도체로 pn 다이오드를 만들게 되면, 외부에서 인가되는 전압이 전부 depletion region 에만 인가되는 것이 아니라 중성영역에 나누어져서 인가됩니다.
결과적으로 highly doping 되지 않은 pn 다이오드에 아주 강한 reverse bias 를 인가하면, 이 reverse bias 가 depletion region 의 밴드를 휘어지게 만드는 것이 아니라, 중성영역쪽의 밴드를 휘어지게 하는데 사용되고, 따라서 쉽게 터널링 현상이 발생하지는 못하게 됩니다.
안녕하십니까 교수님 해당 강의를 듣고 의문점들이 생겨서 질문 드립니다.
1. 만약 electric field가 강해지면 impact ionization이 더 많이 일어나는 것인가요?
2. avalanche breakdown에도 tunneling이 영향을 끼치나요?
1. 네 맞습니다.
2. 터널링과는 상관이 없습니다.
감사합니다!
안녕하십니까 교수님! 매번 훌륭한 강의 덕분에 잘 공부하고 있습니다. 에벌런치 항복 부분에서 큰 항복 전압이 요구되면 도핑 농도를 낮추는 것이 효율적이라는데 잘 이해가 가질 않습니다..
이전 강의들에서 배웠듯이, doping 농도가 높을수록 depletion width 가 좁아지면서 Emax 가 커집니다.
avalanche breakdown 은 강한 E-field 에 의해 가속되는 캐리어 때문에 발생하는 현상이고, 따라서 doping 농도를 낮추는 것이 avalanche breakdown 을 막는데 유리합니다.
@@DevicePhysics감사합니다!
제너다이오드가 소자 보호에 사용되는 이유 : 전류의 세기가 커도 제너 브레이크다운 현상에서는 Vbr의 크기는 일정하기 때문에 정전기와 같은 큰전류가 소자로 흘러도 제너다이오드에 의해 고전압을 완화시켜준다.
산사태 현상에서 P > N으로 이동되는 소수캐리어전자의 운동에너지를 Eg이상으로 높이는 법 : 전기장의 세기를 더 크게한다.
조금 잘못된 부분은,
정전기는 전압이 크고 흐르는 전류는 매우 작습니다. 따라서 정전기가 회로에 들어왔을 때, 제너다이오드는 Vr 이하만 회로에 들어올 수 있도록 막아주는 역할을 하게 됩니다. 다시 말하면, 큰 전류를 막아주는 역할이 아니라, 고전압을 막아주는 역할을 합니다.
@@DevicePhysics 그러면 정전기가 제너다이오드로 들어왔을때 전압이 Vbr로 낮아지는 원리가 뭔가요?
@@갈비살 보통 제너다이오드는 강의에서 설명한것처럼 동작시키기 원하는 회로와 병렬연결하여 사용합니다. 여기서 동작시키기 원하는 회로를 간단히 load 저항이라고 생각하겠습니다.
load 저항에 Vbr 이상의 전압이 들어오는 상황이 발생하면, 제너다이오드는 큰 전류를 흘려보낼 수 있기 때문에 (즉, 제너다이오드의 내부저항이 충분히 작아질 수 있기 때문에), 대부분의 전류는 제너다이오드 쪽으로 빠져나가게 되고, load 저항에는 낮은 전류만 흐를 수 있게 됩니다. 따라서 결과적으로 load 저항과 제너다이오드의 병렬 연결에는 Vbr 이하의 전압만 걸리게 됩니다.
안녕하세요 교수님. 좋은 강의 잘 듣고 있습니다. 혹시 bjt에 대한 강의는 없을까요??
BJT 는 현재의 반도체칩에서는 거의 쓰이지 않기 때문에 강의할 계획이 없습니다.
강의 감사합니다! 질문이 있습니다!
애벌런치 항복에서 p-type의 소수캐리어 전자만 공핍층 안으로 들어가게 되는 건가요? n-type의 소수캐리어인 홀도 공핍층 안으로 들어가게 되는 건가요?
홀도 전자와 동일하게 공핍층으로 들어갑니다.
@@DevicePhysics 답변 감사합니다! 전자는 공핍층 내 실리콘 격자와 충돌해 공유결합을 끊고 전자와 홀 쌍이 생성된다고 이해하였는데, 홀은 어떤식으로 공핍층 내에서 추가적인 전자와 홀 쌍을 생성하는지 궁금합니다.
@@yewon5185 전자와 똑같이 높은 에너지를 가진 홀이 격자와 충돌해서 공유결합을 끊는다고 생각하면 됩니다.
홀을 빈공간이라고 생각하면 상상하기 복잡해집니다. 이미 배웠듯이 홀의 유효질량도 정의하였고, 전자와 전하량만 반대인 입자로 생각하면 이해하기가 더 쉽습니다.
교수님 질문 드립니다!
전자가 가진 에너지가 위치에너지에서 운동에너지로 바뀌고 그로 인해서 e-h 쌍이 생성된다고 말씀해주셨는데 p-type에 있던 전자가 n-type으로 이동하기 까지 몇번의 e-h 쌍이 생성되는지 궁금합니다! 강의에서는 2번으로 표현해 주셨는데 실제로는 얼마나 많이 발생하여 증폭되는지 궁금합니다!
왜 궁금한 것인지 잘 모르겠지만, 아무튼 알 수 없습니다. 기하급수적으로 랜덤하게 발생하는 급격한 현상이라 '몇번' 의 충돌이 발생하는지 알기 어렵습니다.
@@DevicePhysics 답변 감사합니다!
교수님 정말 유익한 강의 항상 감사드립니다. 궁금한점이 있습니다.
avalanche breakdown에서 온도가 증가면 breakdown이 잘 안일어나는 이유가 궁금합ㄴ디ㅏ.
잘 안일어난다는게 정확히 무슨 뜻인가요?
@@DevicePhysics 전공서적에서 표현하길 온도가 증가하면 mean free path가 감소해서 Vbr이 증가해서 브레이크다운이 잘 안일어난다고 합니다.
@@옹송옹 온도가 증가하면 Vbr 이 증가하는것이 맞습니다.
@@DevicePhysics 왜 Vbr이 증가하는지 이해가 잘 안됩니다.
@@옹송옹 아까 질문해준대로 온도가 증가하면 원자핵이 더 심하게 진동하기 때문에, 이에의한 scattering 이 증가하여, 결과적으로 mean free path 가 짧아집니다. 따라서 캐리어가 충분히 가속될 수 없기 때문에 Vbr 이 증가하는 것입니다.
안녕하세요:) 영상 늘 잘 보고 있습니다.
궁금한 점이 생겼는데 break down : zener, avalance effect 이 두 효과가 동시에 일어날 수 있나요?
동시에 발생할 수도 있지만, 보통은 두 효과 중 한쪽이 우세하게 발생합니다. 전압의 크기만 놓고 보자면, 상대적으로 낮은 전압에서 zener effect 가 먼저 발생하게 되고, avalanche effect 가 발생하려면 상대적으로 높은 reverse 전압이 필요합니다.
안녕하세요! 올려주신 강의로 많은 도움받고 있습니다. 이번 강의 보면서 질문이 있어서 댓글남깁니다 !!
1)Vb도 reverse bias인데 IC 회로 동작에 사용되나요? 아니면 과전압이 들어올 상황을 대비해 IC가 Vb까지 버틸 수 있게만 만드는건가요? (실제 회로 구동에 사용되는 전압인지 아니면 한계치를 Vb로 설정 해두고 forward bias일 때 IC회로가 구동되는건지)
2) zener effect와 avalanche effect가 highly doping이면 둘다 일어날 가능성이 있고, low doping이면 avalanche만 일어난다고 이해했습니다. 제가 IV 그래프를 찾아봤는데 두 breakdown이 같이 그려져있었고 이게 high doping일 때라 생각했습니다. 그리고 avalanche가 더reverse bias가 클 때 발생하더라구요 이때 그 이유가 무엇인지 궁금합니다.
1) 어떤점이 궁금한 것인지 질문이 정확히 이해가 되지 않는데,
일단 일반적인 회로라면 다이오드에 reverse bias 를 인가하지는 않습니다. 0V, VDD, 이렇게 몇개의 (+) 전압만 사용합니다.
회로 안에서 Vb 만큼의 전압이 걸리는 일은 발생하지 않습니다.
다만 외부에서 원하지 않는 과전류/과전압이 IC 쪽으로 들어오는 것을 막는 보호회로를 만드는 방법 중 한가지 예로 다이오드의 breakdown 현상을 이용할 수도 있다는 것을 강의에서 설명한 것입니다.
2) zener effect는 높은 도핑농도 때문에 밴드가 이미 많이 휘어진 상태에서, 조금 더 reverse bias를 가하게 되면 tunneling 때문에 발생하는 현상입니다.
avalanche effects 는 낮은 도핑농도에서도 큰 reverse bias 때문에 강한 E-field 가 형성되었을 때 나타납니다.
따라서 zener breakdown 현상이 나타나는 VB 보다는 avalanche breakdown 이 나타나는 VB 가 더 큽니다.
IV 그래프에서 두 breakdown이 같이 그려져 있는 것은, 두 현상이 같이 나타날 수 있다는 뜻이 아니라, 서로 다른 VB 의 차이를 표현하기 위해서일 것입니다.
애벌런치 항복의 충격이온화 과정은 공핍영역에서만 일어나는건가요?
아닙니다. E-field 가 강한 영역에서 일어나는 현상입니다.
pn 접합의 경우에는 depletion region 에만 E-field 가 존재하기 때문에 depletion region 에서 impact ionization 이 발생하게 됩니다.
@@DevicePhysics 그럼 pn접합 역방향 바이어스 인가시 중성영역에는 전계가 존재하지 않고 공핍영역에 전계가 존재하기 때문에 공핍영역에서만 충격이온화가 발생한다라고 이해했는데 제 이해가 맞나요?
@@간장게장-b2z 네 맞습니다.
@@DevicePhysics 정말 감사합니다~
교수님 안녕하십니까 강의를 듣다가 궁금한 점이 생겨서 댓글 남깁니다. 항상 이해하기 쉽게 강의해주셔서 정말 감사드립니다.
zener effect효과가 highly doped된 상태에서 발생한다고 하셨는데 앞에서 볼츠만 근사를 가정한다고 하였기에 non-degenerated를 의미한다고 알고있습니다. 이러한 상황은 도핑농도가 높지 않다고 알고있는데 그럼 zener effect효과는 이전의 가정과는 다른 상황에서 발생하는것인지 궁금합니다.
zener effect 는 보통 degenerated 된 반도체를 사용했을 때 발생합니다.
영상 잘 봤습니다! 혹시 pn접합 전류에 대한 강의는 안찍으시나요?
이어지는 강의에 pn diode 강의도 업로드 되어 있습니다.
@@DevicePhysics 아 네 찾았습니다 감사합니다~
교수님 너무 동안이신거 아닙니까...?...ㅋㅋㅋ
안녕하세요 강의에서 질문이 생겨 댓글 드립니다.
우선 Avalanche Breakdown의 생성 원리는 모두 이해 하였습니다.
하지만 맨 초기에 p type의 Conduction band에 있는 전자가 reverse bias를 걸면 depletion region에 들어 가게 되는 이유는 어떤 것인가요?
단순히 drift로 인한 것인가요..?
확산에 의해 움직이는 것입니다.
보다 자세한 설명은 [기초반도체공학|2.4] 강의에서 배웁니다.