[기초반도체공학|3.2] MS접합 :

[@김주영-d7s]

교수님 항상 좋은 강의 재밌는 강의 이해하기 쉬운 강의 감사합니다!!😊😊

[@moonsungm]

1.교수님 그러면 Na가 주어지고 (Ef-Ev)를 구해야하는 상황이면 마지막식에서 ln부분을 Nv/Na로 바꿔주면될까여???
2.mos cap에서 Ec-Ef , Ef-Ev를 구할때도 동일하게 사용하면될까여???
3. 300K조건이라면 보통 Nc,Nv를 외우고있겠지만 이외에는 아무래도 표(그래프)를 봐야 할수있겠죠..??

[@DevicePhysics]

1. 앞에 pn접합에서 이미 배운 내용이니 복습 바랍니다.
2. 동일하게 사용하면 됩니다.
3. Nc, Nv 에 대한 식을 배웠으니, 식에 바뀐 온도를 대입해서 구하면 됩니다.

[@moonsungm]

@@DevicePhysics 교수님 1번에 대한 해답을찾기위해 pn junction~pn diode까지 봤는데.. Ei-Ef관해서나 Vbi=kT/q*ln(NaNd/ni^2)에 대한것은 있지만,
영상에 Ec-Ef를 하나의 식으로 바로구하는거처럼 Ef-Ev관한거는 못찾고있어요ㅠ

[@DevicePhysics]

@@moonsungm [물리전자공학]에서 배운 내용입니다. [물리전자공학|4.1] 강의를 참고 바랍니다.

[@크믈르은]

1/C^2 그래프를 왜 쓰는지 궁금했는데 정말 많은 도움이 되었습니다. 감사합니다.

[@lwxxzaservcxsavsz2138]

5:08에서 전압은 상대적인 거니까, 경계조건을 at x=w, v=vbi at x=0, v=0로 둬도 될까요?

[@DevicePhysics]

네 전압의 기준점은 본인 마음대로 정하면 됩니다.

[@oo5609]

교수님 그러면 MS JUNCTION의 커패시턴스는 P쪽이 매우 heavily doped된 p+n junction 에 역방향 전압을 가했을때의 capacitance와 등가인지 궁금합니다

[@DevicePhysics]

등가(?)라는게 정확히 어떤 의미인지 모르겠습니다. 엄연 p+ Si 과 metal 은 다른 물질이며, 특성도 다릅니다.

[@oo5609]

⁠​⁠​⁠@@DevicePhysicsmetal은 n++나 p++ semiconductor로 regarded 될 수 있다고 하셨고 Cdep 식도 pn junction의 경우와 똑같이 나오는데 MS junction에서의 Cdep과 PN junction의 Cdep이 무엇이 다른지 더 자세히 설명해주실 수 있나요?? 감사합니다.

[@DevicePhysics]

@@oo5609 1. 강의에서 이미 설명했듯이, 아무리 Si에 도핑을 많이 해도, metal 과 비교하면 resistivity 가 상대적으로 매우 큽니다. 즉, metal 의 resistivity 가 낮다는 것을 설명한 것이지, 도핑된 실리콘과 같다고 설명한 것이 아닙니다.
2. n++ Si 은 전자가 많고, p++ Si 은 홀이 많지만, metal 은 전자와 홀 모두 많은 상태입니다.
3. metal 은 물질의 특성상 내부적으로 전기장이 형성되지 못합니다. 따라서 아무리 전압을 인가해도 energy band가 휘어지지 않습니다.
하지만 n++ Si 은 큰 전압을 인가하면 depletion region 이 생기거나 band 가 휘어집니다.
4. ms접합은 heterojunction 이기 때문에 실제 공정을 통해 만들어 보면 계면(interface)특성이 pn접합과는 매우 다릅니다.

[@seohwan8970]

교수님 갑자기 궁금해져 질문드립니다. pn junction, ms junction 모두 reverse bias를 가하면 non equilibrium 상태가 되는데 이 때 semiconductor의 EF는 Quasi Fermi level이 맞는지 궁금합니다.
맞다면 quasi fermi level(Efn)이나 그냥 thermal equilibrium 상태의 fermi level(EF)이나 계산식이 동일해서 Efn=EF로 봐도 무방한지 궁금합니다.

[@DevicePhysics]

질문이 무슨 뜻인지 모르겠습니다. reverse bias 를 가했으면 nonequilibrium 상태가 맞습니다. 그런데 Efn=EF 이면 equilibrium 상태라는 뜻입니다.

[@seohwan8970]

@@DevicePhysics Fermi Level이라는 게 equilibrium일때만 정의된다고 알고 있습니다. 그런데 pn junction을 예로 들면 reverse bias를 걸면 p-type의 band가 위로 올라가게 되는데 이때에도 p-type 쪽의 fermi level이 있는 것을 확인할 수 있습니다. 이 fermi level이 quasi fermi level인지 아니면 fermi level이 존재하는 곳이 p-type neutral region 쪽이라 이 부분만 봤을때는 equilibrium 상태여서 fermi level이 그려진 것인지에 대한 개념이 헷갈려서 질문드립니다.

[@DevicePhysics]

@@seohwan8970 pn 접합 첫부분에 했던 가정들을 다시 이해해보면 스스로 답을 알 수 있을 것입니다.

[@남민석-h7f]

안녕하세요 교수님. 앞에서 schottky barrier height라고 배운 파이B0와 여기 나오는 파이Bn의 차이가 궁금합니다.

[@DevicePhysics]

같습니다. n-type일때의 schottky barrier height (파이Bn)이라는 뜻입니다.

[@쿸2]

5:08에서 궁금한 점이 있습니다. 이 값이 Vbi가 되신다 하셨는데, 그렇다면 MS junction에서 Vbi 자체는 항상 양수만 가능한 건가요?
예를 들어, n type ohmic인 경우 Vbi=파이m-파이s를 하면 음수가 나오는데 이 경우에 Vbi를 음수로 생각하는 게 아니라 파이m-파이s의 크기 즉, 양수로 생각하는 게 맞을까요?

[@DevicePhysics]

Vbi 는 pn접합에서도 배웠듯이 depletion region 양단에 발생하는 전위차입니다. ohmic contact 인 경우 depletion region 이 발생하지 않으며, 따라서 이러한 내부적인 전위차도 발생하지 않습니다. 즉, Vbi = 0 으로 간주해야 합니다.

[@쿸2]

​@@DevicePhysics 오래전 댓글이지만, 여러 상황에 대해 생각하다가 고민이 생겨서 답글을 남깁니다... 파이s>파이m이고 p type인 경우 장벽이 생기는데 이때 Vbi는 파이m-파이s로 계산 시, 음수로 나오는데 알맞은 결과인가요? 아니면 절댓값을 씌워서 양수로 답을 내야하는게 맞을까요?

[@newpleme]

도핑농도가 증가하면 width가 줄어드는데 Emax의 절댓값은 증가하나요?

[@DevicePhysics]

pn접합과 동일하니, 한번 식도 유도해보고 계산도 해보세요.

[@claraaaa1680]

허허 밴드 휘어지는 것까지! 진짜 설명 겁나게잘하시네요!

[@장석현-f3j]

항상 좋은 강의 감사합니다 교수님.
ms 접합에서 p형 schottky contact를 가정하고 순방향 ,역방향 bias를 가해주면 p형 반도체쪽의 페르미 준위가 금속의 페르미 준위보다 높아지는지 낮아지는지 궁금합니다!

[@DevicePhysics]

이 질문에 스스로 답을 알지 못하면, 이전 강의를 이해를 못한 것입니다. 이전 강의를 다시 복습 바랍니다.

[@장석현-f3j]

답변 감사합니다 교수님 이전 강의 더 보고 오겠습니다!

[@Totoro0-01]

안녕하세요 영상보다 질문이 생겨 댓글을 남깁니다!
zero bias 인 경우에 witdth가 bullt in potential과 농도에 관한 식으로 만들어졌는데
built in potential도 어떻게 보면 농도와 관련이 있는 수식인데 단순히 농도가 증가하면 width가 감소한다고 말하는것이
built in potential이 일정하다고 가정하는것을 말하는것인가요?

[@DevicePhysics]

도핑농도와 depletion region 의 width 와의 관계는 Vbi을 고려하지 않더라도 서로 반비례함을 이미 pn 접합에서 배웠습니다. [기초반도체공학|1.3] 을 다시 복습 바랍니다.

[@민규-k6g]

안녕하세요 영상을보다 질문이 생겨 댓글을 남깁니다
ms접합에서는 diffusion 커패시턴스는 없는 건가요?

[@DevicePhysics]

네 없습니다. schottky diode는 majority carrier 의 이동에 의해서만 전체 전류의 흐름이 결정되는 소자이기 때문에 diffusion capacitance 는 발생하지 않습니다.

[@jjjra]

안녕하세요 교수님. depletion capacitance가 reverse bias 상태일 때가 아닌 zero bias 상태일 때는 저 식에서 (V_bi+V_R)에서 (V_bi)로만 바꾸어주면 되는 것일까요?

[@DevicePhysics]

네 맞습니다.

[@shin1989]

MS접합에서 depletion영역이 생기는 원리가 높은 준위에 있는 전자가 낮은 준위의 페르미 레벨로 떨어지면서 excess carrier 가 생겨서 공핍층이 만들어진다고 봐도 되나여?
그러면 PN접합시에도 thermal equilibrium 상태가 될 때 n타입의 페르미 레벨에 있는 전자가 p타입의 상대적으로 낮은 페르미 레벨로 떨어져서 excess carrier 가 발생해서 둘이 같은 원리인건가요?

[@DevicePhysics]

아닙니다. 이야기한 것처럼 이해하는 것은 문제가 있습니다.
열평형 상태에 도달하게 되면, 페르미 레벨이 수평하게 맞춰지게 됩니다.
이 과정에서 PN 접합의 경우 전자와 홀의 확산이 발생하며, 양쪽으로 건너간 전자와 홀이 recombination 하게 되면서 depletion region 이 형성됩니다. (자세한 설명은 이전 강의를 참고 바랍니다)
MS 접합의 경우 페르미 레벨이 수평하게 맞춰질 때, Schottky barrier height 때문에 전자(또는 홀)가 확산을 통해 자유롭게 metal --> Si or Si --> metal 으로 이동할 수는 없습니다.
다만 밴드가 휘어지면서 built-in E-field 가 형성되고, 이 E-field 에 의해 Si 쪽의 전자(또는 홀)이 움직이게 되면서 depletion region 이 형성됩니다.

[@shin1989]

@@DevicePhysics 그렇군요 PN junction은 이해가 됬습니다 감사합니다 그런데 MS접합의 경우에 빌트인 E field는 Si쪽의 전자나 홀을 이동하게 만드는게 아니라 이동 못하게 하지 않나요?

[@DevicePhysics]

@@shin1989 0:30 에너지밴드를 보면 depletion region 에서 밴드가 휘어지며, 기울기 값이 (-) 가 됩니다.
이것은 E-field 의 방향이 (-) 의 방향으로, 즉 왼쪽 방향으로 E-field 가 형성됨을 뜻합니다.
따라서 전자는 (+) 방향으로, 즉 오른쪽 방향으로 이동하려는 힘을 받게 되어 움직이게 됩니다.
결과적으로 밴드의 휘어짐에 따른 E-field 때문에 전자가 이동하게 되면서 depletion region 이 형성됩니다.

[@teddykim8351]

영상 감사드립니다

[@윤추-s2d]

교수님 안녕하세요. 좋은 강의 감사합니다.
8분에 리버스 바이어스를 걸어줄때 커패시터처럼 행동한다고 하셨습니다. 그림에서 +Q와 -Q는 어떻게 결정되는 건가요?

[@DevicePhysics]

가해주는 전압에 의해 결정됩니다.

[@geunijya9303]

안녕하세요. 영상 보다 질문이 생겨 댓글 남깁니다.
zero bias에서 만약에 metal 과 p type semi conductor를 접합 했다면 electrostatics가 어떻게 될 지 궁금합니다.
charge density는 -qNa로 예상이 되는데 나머지 부분은 잘 모르겠습니다
항상 영상 정말 잘 보고 있습니다.

[@DevicePhysics]

네 맞습니다. -qNa 로 시작하고 나머지 유도과정은 모두 동일합니다. 댓글에 수식을 적기는 어려워 직접해보고 잘 안되는 부분을 구체적으로 질문주면 좋겠습니다.

[@eyelamp8271]

4/13