교수님 시험기간 너무 많은 도움이 되서 항상 감사드립니다! 질문 두가지가 생겨서 여쭤 보겠습니다. 1. Forward bias일 때 실제로는 neutral region에 E-field가 걸리기 때문에, majority carrier drift current 성분이 있다고 하셨는데 그러면 예를들어 n-type에서 넘어온 minority carrier들은 경계면에서 농도가 높아서 diffusion current가 생기는 것 이외에 전극으로 끌려가는 drift성분도 같이 존재 해야하지 않나요? 2. 마찬가지로 reverse bias 일때는 예를들어 n-type에서는 cathode쪽에 전자 농도가 높을텐데, 이 때는 diffusion current가 존재하지 않나요?
맞습니다. 결국 모든 위치에서 drift current와 diffusion current 둘다 존재합니다. 다만 처음부터 이렇게 생각하면 continuity equation 을 손으로 풀 수가 없습니다. 따라서 앞에서 배웠듯이, 처음에는 minority carrier 의 diffusion current 만 고려한 것입니다.
교수님 질문있습니다. 강의에서 forward bias의 경우에는 depletion region에서 drift에 의해 carrier가 움직인다고 하셨는데, 제가 가진 전공책에서는 energy barrier가 낮아져 이를 넘어갈 수 있는 전자의 양이 많아져 확산이 일어난다고 되어 있습니다(Electrons can now diffuse from the N side to P side) 그런데 강의에서는 low level injection 상황을 가정했기에 excess carrier 양이 majority carrier 양보다 매우 적어 majority carrier의 양의 변화를 고려하지 않고, 즉 diffusion에는 변화가 없다고 생각하고 majority carrier의 drift만을 고려한 것인가요?
안녕하십니까 공부하다가 두가지 헷갈리는 부분이 있어서 질문드립니다. forward bias가 인가된 pn junction에서 전자가 외부에서 n영역으로 주입되는 상황을 생각해보면 전자는 1. n 영역에서 majority carrier(전자)로써 drift 2. depletion region에서 recombination 3. p 영역에서 minority carrier(전자)로써 diffusion 된다고 생각이 됩니다. 첫번쨰로 , recombination current는 depletion region에서 recombination되고 비는 carrier를 외부에서 공급해주면서 생긴다고 보면 recombination current는 n영역에서 전자의 drift에서 기인한다고 볼수 있나요? 두번째로 pn junction에서 total current는 majority carrier의 drift current와 minority carrier의 diffusion current의 합이고, 여기서 majority carrier의 drift current는 recombination current와 p영역에서의 minority carrier의 diffusion을 만들어낸다고 보면, 따라서 총 current를 recombination current와 총 diffusion current의 합으로 볼 수 있나요?
@@DevicePhysics 감사합니다 교수님. 그런데 이상적 diode에서 총 전류밀도를 구할 때 drift current 와 diffusion current 의 합으로 나타낸다고 배웠습니다. 따라서 pn junction에 흐르는 총 전류밀도는 일정하다고 알고있습니다. 근데 비이상적 현상에서 diode의 총 전류밀도를 구하는 식에서 depletion 영역에 recombination이 있다고 생각하고 총 전류밀도를 구하는 식이 recombination current와 diffusion current 의 합으로 구한다고 나와있습니다. 그렇다면 총 전류밀도 구하는 식이 달라진건데 drift current가 recombination current로 바뀌었다고 봐도 무방한가요? 아니면 drift current 가 비이상적 모델에서는 recombination current 로 생각해도 되는건가요? 총 전류밀도 구하는 식이 달리진것이 헷갈립니다.
안녕하세요. 강의 잘 듣고 있습니다. 몇 가지 질문이 생겨 여쭈어봅니다. (1) pn접합에 forward bias를 가해주었을 때, 일정한 전류가 흐르게 되는데 전체 전류는 일정하지만 위치에 따라 전류의 성분이 다르다는 것을 알겠습니다. 공핍층 근처에서는 소수캐리어의 확산에 의해 전류가 발생하고 공핍층에서 먼 곳에서는 다수캐리어의 드리프트에 의한 것도 이해했습니다. 그러면 이렇게 위치에 따라서 전류의 성분이 다른 것이 중요한 이유는 무엇인가요? 확산 전류가 되었든 드리프트 전류가 되었든 전체 전류가 일정하다는 것이 중요한 것 아닌가요? 이에 따라 전류의 성질이 달라지게 되나요? (2) depletion region 내에서 흐르는 전류는 드리프트 전류로 봐야겠죠? 그러면 depletion region에서도 위치에 따라 전기장이 다른데 전류가 일정한 것은 가정에 의한 것인가요? 항상 좋은 강의 감사합니다.
항상 감사합니다 교수님 강의 내용 중 궁금한 게 있어서 질문드립니다. forward bias state에서 depletion region내 major carrier와 minority carrier의 이동에서 major carrier의 경우 Vbi-Va로 인한 drift로 이동하고 minority carrier의 경우 Vbi 자체의 전기장에 의해 이동하기 때문에 모두 drift로 이동하지만 방향은 다르게 이동하는건가요?
1. depletion region 내부에서는 무엇이 majority carrier인지, minority carrier 인지 정의할 수 없습니다. 2. forward bias 상황이라면 대부분의 캐리어는 drift에 의해 이동하겠지만, 그렇다고 아예 확산이 없다고 할 수는 없습니다.
@@DevicePhysics pn접합에서 Na Nd일정 농도로 도핑을 해주고, 공간 전하영역 양 끝에서 소수캐리어 농도는 다수캐리어의 10%이하인데, 여기서 순바이어스 전압을 제한하는 요인은 어느쪽인가...에 대한 문제가 있었습니다. 그런데 교수님강의나 교재에서도 나오지 않는 내용이고 해설에도 답만 있어서 질문 드려보았습니다.
교수님 궁금한 점이 있어 댓글 남깁니다. 지금까지 minority carrier에 의한 전류만 있다고 계산하고 구한것인데 Jtotal이 일정해야되니 majority carrier에 의한 전류도 있고 그 값도 minority carrier에 의한 것보다 커서 majority carrier의 전류가 영항이 더 크다라고 봐도 되는 것인가요?
아닙니다. 전체 전류에 대한 그래프를 보면 위치에 따라 majority current 가 큰 곳도 있고, minority current 가 큰 곳도 있습니다. 즉 사실 majority current, minority current 모두 중요합니다. 제일 처음 모델을 만들 때, minority carrier 에 의한 전류만 고려한다고 가정한 것은, 사실 상황을 단순화 하여 모델을 만들어내기 위함이었습니다. 처음부터 majority carrier 와 minority carrier 를 모두 고려하려면, 결국 continuity equation 을 풀어야 하는데, 이 방정식은 손으로 풀어낼 수가 없습니다. 즉 하나의 식으로 정리된 전압-전류 모델을 만들 수가 없게 됩니다. 모델을 만들지 못하면, 전류의 성분이 어떠한 물리적 파라미터에 의해 결정되는지를 이해할 수 없게 됩니다. 따라서 minority carrier 만 고려한 diffusion current 를 먼저 구해내고, 전체 전류를 통해 majority carrier 의 drift current 는 간접적으로 구해낸 것입니다.
@@DevicePhysics 결국 minority carrier에 의한 diffusuin 전류와 majority carrier에 의한 drift 전류모두 영향을 미친다라고 이해했는데 맞을까요? (그래프를확인해보니 minority carrier에 의한 전류가 큰 경우도 있음을 확인했습니다)
안녕하세요 교수님. 항상 많은 도움 받고있습니다. 감사합니다. 한가지 의문이 가는점이있어 여쭤보려 합니다. Jn.diff를 구할때 qxDnx(델타n/Ln)을 쓰는 경우가 있고, 혹은 qxDnx(nno/xd)를 쓰는경우가 있던데 똑같은것일까요? 경우에따라 구할수있는 조건 식에 대입하면 될까요? 감사합니다.
@@DevicePhysics average diffusion current densities of electrons in the depletion region을 구하는데 q Dn (nno-npo/xd)라는 식을 써서 구하길래 (델타n/Ln)과는 다른것인가 해서 여쭤보았습니다 답변 감사드립니다!
9분부터 설명해주시는 pn-diode에 reverse bias를 인가했을 때 관한 질문이 있습니다. 각 중성영역에서 depletion region으로 갈수록 minority carrier의 수가 0에 가까워집니다. 교수님께서 설명해주신 것처럼 식을 통해서 0에 가까워진다고 정량적으로는 이해가 됩니다. 정성적으로는 어떻게 이해해야 할까요? 좋은 강의 항상 감사합니다.
교수님 안녕하세요, 강의 감사합니다! 질문 두 개 드리고 싶습니다. 1. forward bias가 혹시 built in potential보다 커지게 되는 경우 band diagram이 어떻게 그려질지 궁금합니다. depletion이 사라질 수가 있는걸까요? 2. forward bias일 때 depletion region 내에서 carrier가 drift에 의해 움직인다 하셨는데요. depletion layer에서의 field방향은 외부에서 가해준 Vapp와 반대일거라 drift로 못갈 것 같은데.. diffusion으로 보면 안되는걸까요?ㅠ 감사합니다.
1. 강의에서는 계속해서 중성영역은 E=0, V=0 이라고 가정하였습니다. 하지만 실제로는 중성영역도 어느정도의 저항성분을 가지기 때문에, 전류가 흐를 경우 어느정도의 voltage drop 이 발생합니다. 즉, 실제로는 E 와 V 가 0 이 아닙니다. 만약 forward bias 가 Vbi 에 가깝게 인가되면, 전류가 매우 커지기 때문에 중성영역에서의 voltagd drop 도 급격히 커집니다. 따라서 외부에서 인가되는 전압이, depletion region 에 인가되는 것이 아니라, 대부분 중성영역에 걸리게 됩니다. 따라서 결론적으로 depletion region 에는 Vbi 이상의 forward bias 가 인가되지 못합니다. 외부에서 Vbi 이상의 전압이 인가되면 중성영역에서 다 voltage drop 에 의해 감쇄됩니다. 2. 방향은 반대지만 외부전압에 의한 Eapp 가 built-in E-field 보다 더 세기 때문에 드리프트 전류가 흐르게 되는 것입니다.
@@DevicePhysics 교수님 답변 감사드립니다. 큰 도움되었습니다. 그런데, 1번을 통해 2번을 이해하려면 좀 어려운 것 같습니다. 1번으로보면 Vbi-Va를 통해 Vbi가 완전 상쇄되지 않고 barrrier가 남는 것과 마찬가지로 depletion region에서의 E-field가 forward bias하에서도 아직 negative방향으로 남아있을텐데(2.1강에서도남아있었습니다), depletion에서 어떻게 내부전계 반대방향으로 drift를 할 수 있는건지 아직 이해가 가지 않습니다. 도와주세요ㅠ
그렇게 생각하는것은 고전역학적으로 생각하는 것입니다.물리전자공학에서 배웠듯이, 전자는 미시세계에서 확률적인 방식으로 움직입니다. 전자가 가진 에너지의 크기가 built-in potential (에너지 장벽)보다 작다고 하더라도, 양자역학적 관점에서는 장벽을 뛰어넘을 확률이 작지만 존재합니다. 따라서 요약하면, 외부 전압에 의해 캐리어는 depletion region을 건너가려는 힘을 받는데, built-in potential 이 가로막고 있습니다. 이 때, forward bias 는 에너지 장벽의 크기를 낮추어 주기 때문에 전자가 에너지 장벽을 뛰어 넘을 확률을 높여 주고, 결과적으로 전류가 흐르게 됩니다. 이 때 강의에서 이미 배웠듯이, 가해준 외부전압 모두는 depletion region 에만 걸립니다고 가정했습니다. 따라서 depletion region 을 통과하는 캐리어는 드리프트에 의해 이동하게 됩니다.
p-type 영역에 Na 만큼 도핑하고, n-type 영역에 Nd 만큼 도핑 한다고 했을때, Nd 를 증가시켰더니 다이오드에 흐르는 전류가 증가한다는 시뮬레이션 결과가 나왔습니다. 그런데 이상적인 다이오드에서의 I = Is exp(Va/Vt -1)이라는 식에서 Is 가 도핑 농도에 반비례 함을 고려하였더니 Is의 감소로 인해서 다이오드에 흐르는 전류 또한 감소한다는 결론이 나왔습니다. 다른 연구 결과를 보아도 시뮬레이션 결과는 맞는 것 같은데 어떤 부분이 틀린건지 궁금합니다.
1. 어떠한 조건에서 시뮬레이션을 한 것인지 모르기 때문에, 정확히 답변하기는 어렵습니다. 2. 아무튼 saturation current (Js) 에서, Lp 와 Dp 값은 상수값이 아니라 도핑농도에 영향을 받습니다. 특히, Lp (diffusion length)는 앞에서 배웠듯이 carrier lifetime 에 의해 결정되는데, 도핑농도가 높아질수록 recombination rate 이 증가하기 때문에 lifetime 이 짧아집니다. 즉, 도핑농도가 증가할수록 Lp 값이 작아집니다. 3. 그밖에 강의에서 배우지 않은 여러 추가적인 효과들이 있습니다. 시뮬레이션에서 이러한 효과들을 반영했다면, 그러한 효과들도 포함되어서 전체 전류를 결정할 것입니다. 예를들어, 도핑농도가 증가할수록 당연히 conductivity 가 증가하기 때문에, voltage drop 에 의한 전압손실이 적어져 전류값이 증가하는 효과를 가져옵니다. 또한 generation-recombination current 도 도핑농도에 영향을 받으며, 따라서 전체전류에 영향을 줍니다.
안녕하세요 교수님. 강의 감사합니다. 강의 내용과 관련해서 한 가지 질문 드립니다! 혹시 reverse-biased pn junction 에서 minority charge carrier들이 diffusion, drift에 의해서 saturation current를 만든다고 설명해 주셨는데요 혹시 dark current와 관련 있는 내용일까요? 개념이 혼동되어서 질문 드립니다.
선생님. 13분 50초 지점의 semi-log plot 설명이 이해가 되지 않습니다. 1. 로그스케일은 상용로그를 기준으로 했을때 10배 단위로 커지는 값을 크기 1 간격으로 표시해 줍니다. 그러면 오히려 작은 전류를 더 자세히 표현하기는 힘들것 같은데 "전류값에 로그스케일을 취하면 매우 작은 전류를 '잘' 표현해 준다"라고 하신 말에서 '잘'의 의미를 이해하지 못하겠습니다. 2. 로그 스케일을 취한 전류값을 다시 미분하면 16.76 이 나오는데 이 값은 어떤 온도 일때의 값인가요?
@@DevicePhysics 선생님. 15분 15초 지점에서 질문 드립니다. 1. 책에는 괄호안의 -1 항을 무시할 수 있는 조건이 정방향 인가전압이 KT/q 보다 조금 클때 부터라고 되어 있는데 이렇게 Va를 곱하면 자연상수 e의 지수가 1이 되어서 괄호 안은 (e -1) 이 됩니다. e값은 2.71 정도니 1의 두배 이상이 되어서 무시가 가능하다고 보면 되는 건가요? 2. (K•T)/q 의 단위는 [(J•S)•K / C] 이 되는데 이것을 전압의 단위로 어떻게 환산 가능 한가요? 대략 실제로 몇 볼트 정도가 인가될 때 부터 무시가 가능한지 알아보려고 계산해 봤는데, 전압은 [J/C] 인데 너무 어렵습니다.
8:52 forward bias에서의 동작 메커니즘을 다음과 같이 정리 할 수 있을까요? p영역 홀 : drift로 경계면 x=-xp 까지 이동 ----> 이후 diffusion으로 depletion region 통과후 +x 방향으로 이동하다가 재결합에 의해 평형상태 농도 유지 n영역 전자: drift로 경계면 x=xn 까지 이동 ----> 이후 diffusion으로 depletion region 통과후 -x 방향으로 이동하다가 재결합에 의해 평형상태 농도 유지
좋은 강의 감사합니다. 10:40에서 Pn(x)=Pn0*exp(qVa/kT)식을 이용하여 역방향바이어스 인가시 -xp 또는 +xn에서 Pn 또는 Np의 농도가 거의 0라고 설명하셨습니다. 수식적으로는 이해가됩니다. 정성적으로 역방향 바이어스시 왜 depletion 근처에서 소수캐리어 농도값이 더 작은지 이해가 잘 안됩니다. 예를 들어 P type쪽의 hole 농도가 균일하다면 오히려 -xp 지점이 아닌 (-)전압을 걸어준쪽(-무한대쪽)의 전자의 농도가 더 작고, depletion 근처 (-xp)쪽이 전자 농도가 더 높은것 아닌가요?
1. 이전 강의들에서 계속 이야기했듯이 외부에서 걸어준 전압은 전부 depletion region 에만 걸립니다. 따라서 -무한대쪽 에 걸린 전압은 없습니다. 2. depletion region 에서는 캐리어농도가 매우 낮습니다. 따라서 중성영역에서 depletion region 쪽으로 확산이 일어 납니다.
친절한 강의 감사합니다. 정말 많은 도움이 되고 있습니다 ㅠㅠ. 12:30 쯤 내용으로, p영역의 소수캐리어인 전자가 기울기 차로 인해 drift된다고 설명하셨는데 chapter 1에서 reverse bias에서 avalanche break down의 메커니즘과 상당히 유사한 것 같습니다. 과전류가 흐르지 않는 것은 전자가 새로운 전자쌍을 만들만큼의 kinetic energy가 형성되지 않기 때문인가요?
@@DevicePhysics 근데 저게 low level 인 이유가 과잉캐리어가 음수여서그런건가요 아니면 diffusion이 일어나서 p의 입장에서 보았을 때 n쪽에서 hole이 건너오는데 그 양이 적기 때문에 (n쪽에서 hole은 minority 캐리어이기 떄문에)그런건가요?
안녕하세요 교수님 영상 많이 도움되고 있습니다. 감사합니다. reverse bias가 적당히 걸렸을때는 12:00에서 설명해주신것처럼 diffusion에 의해 소수 캐리어가 경계면쪽으로 확산해 오고 depletion region에서 E field에 의한 drift현상으로 saturation current가 흐르는데, 이 reverse bias가 어느정도 크게 걸렸을때 avalanche effect가 걸려서 breakdown이 발생한다고 보면 될까요?
교수님 정말 좋은 강의 감사드립니다. 그런데 8:30초에서 동작 메커니즘에 대해서 궁금한 것이 있습니다. 1. forward bias를 가하기 전 먼저 zero-bias상태에서 pn접합을 시켜 diffusion에 의한 depletion regeion을 형성한 이후에 forward bias를 가한 것이 맞나요? 2. p-side를 예로들면 forward bias를 가해주었음으로 p측에 있던 hole이 drift에 의해 depletion regeion쪽으로 이동한후 depletion regeion에 형성된 buil-in E-field에 의해 n측으로 넘어간 후 이젠 drift가 아닌 diffusion에 의해 이동하는 것이 맞나요?? 3. forward bias를 가했을때 drift에 의한 hole이 n-side로 이동하는데 전자와 hole의 drift의 방향이 왜 저렇게 되는지 아직 잘 이해가 완벽하게 되지 않습니다. drift의 개념을 물리전자 강의를 들었지만 확실하게 체득이 되지 않아서 헷갈리는 상태입니다. 우선 forward bias를 가했으니 p측에 +전압이 가해졌고 hole은 +전하을 띄고있으니 서로 밀어내는 힘이 작용하여 반대편으로 이동한다고 받아들이고 있는데 혹시 아니라면 어떤 이유때문인지 궁금합니다.
![[기초반도체공학|2.5] pn다이오드 : #비이상적효과들](http://i.ytimg.com/vi/7m4iL7Tolss/mqdefault.jpg)
![[기초반도체공학|2.5] pn다이오드 : #비이상적효과들](/img/tr.png)
![[기초반도체공학|3.1] MS접합 : #정성적해석 #정류작용 #Schottky contact #Ohmic contact](http://i.ytimg.com/vi/qVsmpjGjhpg/mqdefault.jpg)
![[Basic Semiconductor Device|2.1] pn diode : #qualitative analysis #assumptions](http://i.ytimg.com/vi/jyaJ7oLeclc/mqdefault.jpg)
![[기초반도체공학|4.1] MOS : #정성적해석 #에너지밴드 다이어그램 #3가지 동작모드 #accumulation #depletion #inversion](/img/1.gif)
교수님 강의 너무 잘 듣고있습니다. 현업에서 제품 개발하다 나이돼서 현재는 반도체 기술영업 하고있습니다
97학번 아재인데 너무 많이 도움이 되어 현업에 녹아들어 너무 감사합니다
운동하면서도 들을정도 찐팬입니다.
감사합니다 교수님!!
교수님 시험기간 너무 많은 도움이 되서 항상 감사드립니다! 질문 두가지가 생겨서 여쭤 보겠습니다.
1. Forward bias일 때 실제로는 neutral region에 E-field가 걸리기 때문에, majority carrier drift current 성분이 있다고 하셨는데 그러면 예를들어 n-type에서 넘어온 minority carrier들은 경계면에서 농도가 높아서 diffusion current가 생기는 것 이외에 전극으로 끌려가는 drift성분도 같이 존재 해야하지 않나요?
2. 마찬가지로 reverse bias 일때는 예를들어 n-type에서는 cathode쪽에 전자 농도가 높을텐데, 이 때는 diffusion current가 존재하지 않나요?
맞습니다. 결국 모든 위치에서 drift current와 diffusion current 둘다 존재합니다. 다만 처음부터 이렇게 생각하면 continuity equation 을 손으로 풀 수가 없습니다. 따라서 앞에서 배웠듯이, 처음에는 minority carrier 의 diffusion current 만 고려한 것입니다.
교수님 질문있습니다. 강의에서 forward bias의 경우에는 depletion region에서 drift에 의해 carrier가 움직인다고 하셨는데, 제가 가진 전공책에서는 energy barrier가 낮아져 이를 넘어갈 수 있는 전자의 양이 많아져 확산이 일어난다고 되어 있습니다(Electrons can now diffuse from the N side to P side) 그런데 강의에서는 low level injection 상황을 가정했기에 excess carrier 양이 majority carrier 양보다 매우 적어 majority carrier의 양의 변화를 고려하지 않고, 즉 diffusion에는 변화가 없다고 생각하고 majority carrier의 drift만을 고려한 것인가요?
이 강의에서 설명했듯이 pn diode 의 전체 전류는 diffusion+drift current 입니다.
안녕하십니까 공부하다가 두가지 헷갈리는 부분이 있어서 질문드립니다. forward bias가 인가된 pn junction에서 전자가 외부에서 n영역으로 주입되는 상황을 생각해보면 전자는
1. n 영역에서 majority carrier(전자)로써 drift
2. depletion region에서 recombination
3. p 영역에서 minority carrier(전자)로써 diffusion 된다고 생각이 됩니다.
첫번쨰로 , recombination current는 depletion region에서 recombination되고 비는 carrier를 외부에서 공급해주면서 생긴다고 보면 recombination current는 n영역에서 전자의 drift에서 기인한다고 볼수 있나요?
두번째로 pn junction에서 total current는 majority carrier의 drift current와 minority carrier의 diffusion current의 합이고, 여기서 majority carrier의 drift current는 recombination current와 p영역에서의 minority carrier의 diffusion을 만들어낸다고 보면, 따라서 총 current를 recombination current와 총 diffusion current의 합으로 볼 수 있나요?
애초에 depletion region에서는 recombination이 없다고 가정했었습니다. 다시 강의를 확인해보길 바랍니다.
@@DevicePhysics 감사합니다 교수님. 그런데 이상적 diode에서 총 전류밀도를 구할 때 drift current 와 diffusion current 의 합으로 나타낸다고 배웠습니다. 따라서 pn junction에 흐르는 총 전류밀도는 일정하다고 알고있습니다. 근데 비이상적 현상에서 diode의 총 전류밀도를 구하는 식에서 depletion 영역에 recombination이 있다고 생각하고 총 전류밀도를 구하는 식이 recombination current와 diffusion current 의 합으로 구한다고 나와있습니다. 그렇다면 총 전류밀도 구하는 식이 달라진건데 drift current가 recombination current로 바뀌었다고 봐도 무방한가요? 아니면 drift current 가 비이상적 모델에서는 recombination current 로 생각해도 되는건가요? 총 전류밀도 구하는 식이 달리진것이 헷갈립니다.
@@조민식-g6q 교재를 보면 recombination current 에 대해 자세한 설명도 있고 수식도 있습니다. 결과만 이야기하면 recombination 때문에 diffusion current 가 증가하게 됩니다.
안녕하세요. 강의 잘 듣고 있습니다. 몇 가지 질문이 생겨 여쭈어봅니다.
(1) pn접합에 forward bias를 가해주었을 때, 일정한 전류가 흐르게 되는데 전체 전류는 일정하지만 위치에 따라 전류의 성분이 다르다는 것을 알겠습니다. 공핍층 근처에서는 소수캐리어의 확산에 의해 전류가 발생하고 공핍층에서 먼 곳에서는 다수캐리어의 드리프트에 의한 것도 이해했습니다. 그러면 이렇게 위치에 따라서 전류의 성분이 다른 것이 중요한 이유는 무엇인가요? 확산 전류가 되었든 드리프트 전류가 되었든 전체 전류가 일정하다는 것이 중요한 것 아닌가요? 이에 따라 전류의 성질이 달라지게 되나요?
(2) depletion region 내에서 흐르는 전류는 드리프트 전류로 봐야겠죠? 그러면 depletion region에서도 위치에 따라 전기장이 다른데 전류가 일정한 것은 가정에 의한 것인가요?
항상 좋은 강의 감사합니다.
(1) pn diode 의 전류에 대한 수식을 유도하는 과정을 아직 잘 이해하지 못한 것 같습니다. 처음에 한 가정을 다시 이해해 보길 바랍니다.
(2) 아닙니다. depletion region 안에서도 확산전류와 드리프트전류의 합입니다.
안녕하세요 교수님!! Detailed current density 화면의 전체 그래프를 통해서
결국 다이오드의 전체 전류의 대부분은majority의 드리프트 전류인건가요??
전체 전류 = majority carrier 의 드리프트 전류 + minority carrier 의 확산전류가 됩니다.
항상 감사합니다 교수님 강의 내용 중 궁금한 게 있어서 질문드립니다.
forward bias state에서 depletion region내 major carrier와 minority carrier의 이동에서 major carrier의 경우 Vbi-Va로 인한 drift로 이동하고 minority carrier의 경우 Vbi 자체의 전기장에 의해 이동하기 때문에 모두 drift로 이동하지만 방향은 다르게 이동하는건가요?
1. depletion region 내부에서는 무엇이 majority carrier인지, minority carrier 인지 정의할 수 없습니다.
2. forward bias 상황이라면 대부분의 캐리어는 drift에 의해 이동하겠지만, 그렇다고 아예 확산이 없다고 할 수는 없습니다.
19:12 책갈피 ) semi log plot
안녕하세요 교수님. 순바이어스 전압을 제한하는 요인은 어떻게 정하는지 알 수 있을까요? 소수캐리어 중 홀인지 전자인지 정하는 기준이 궁금합니다.
전압을 제한한다는게 무슨 뜻인가요?
@@DevicePhysics pn접합에서 Na Nd일정 농도로 도핑을 해주고, 공간 전하영역 양 끝에서 소수캐리어 농도는 다수캐리어의 10%이하인데, 여기서 순바이어스 전압을 제한하는 요인은 어느쪽인가...에 대한 문제가 있었습니다. 그런데 교수님강의나 교재에서도 나오지 않는 내용이고 해설에도 답만 있어서 질문 드려보았습니다.
@@gkastes9980 문제의 조건대로 식을 세워서 따져보면 됩니다.
@@DevicePhysics 넵 감사합니다
교수님 궁금한 점이 있어 댓글 남깁니다.
지금까지 minority carrier에 의한 전류만 있다고 계산하고 구한것인데 Jtotal이 일정해야되니 majority carrier에 의한 전류도 있고 그 값도 minority carrier에 의한 것보다 커서 majority carrier의 전류가 영항이 더 크다라고 봐도 되는 것인가요?
아닙니다. 전체 전류에 대한 그래프를 보면 위치에 따라 majority current 가 큰 곳도 있고, minority current 가 큰 곳도 있습니다. 즉 사실 majority current, minority current 모두 중요합니다.
제일 처음 모델을 만들 때, minority carrier 에 의한 전류만 고려한다고 가정한 것은, 사실 상황을 단순화 하여 모델을 만들어내기 위함이었습니다. 처음부터 majority carrier 와 minority carrier 를 모두 고려하려면, 결국 continuity equation 을 풀어야 하는데, 이 방정식은 손으로 풀어낼 수가 없습니다. 즉 하나의 식으로 정리된 전압-전류 모델을 만들 수가 없게 됩니다. 모델을 만들지 못하면, 전류의 성분이 어떠한 물리적 파라미터에 의해 결정되는지를 이해할 수 없게 됩니다. 따라서 minority carrier 만 고려한 diffusion current 를 먼저 구해내고, 전체 전류를 통해 majority carrier 의 drift current 는 간접적으로 구해낸 것입니다.
@@DevicePhysics 결국 minority carrier에 의한 diffusuin 전류와 majority carrier에 의한 drift 전류모두 영향을 미친다라고 이해했는데 맞을까요? (그래프를확인해보니 minority carrier에 의한 전류가 큰 경우도 있음을 확인했습니다)
3년전 확률 및 통계 수업들었던 학생입니다.
찾아보다가 좋아보이는 영상인것 같아서 보고있는데 낯익은 얼굴 과목소리....뭐지...누구지...채널명보고 알았습니다. 존경합니다 교수님!!!
이름이 기억이 나네요. 오랜만에 반갑습니다~
교수님 질문하나있습니다.
마지막 log i v 그래프에서 y절편이 왜 js인지 알 수 있을까요?
log를 씌워서 계산하면 log js라고 판단이 드는데 알려주시면 감사하겠습니다!
전류를 로그스케일로 그렸다는 뜻이지, 로그값을 취한것은 아닙니다.
그러면 전류밀도를 미분해서 기울기를 얻어낸 것은, y축 스케일을 로그로 바꿨으니 전류밀도도 log로 바꿔서 기울기를 구하기 위함이 맞을까요?
네 맞습니다.
감사합니다 교수님 좋은하루되십쇼!
안녕하세요 교수님. 항상 많은 도움 받고있습니다. 감사합니다.
한가지 의문이 가는점이있어 여쭤보려 합니다.
Jn.diff를 구할때 qxDnx(델타n/Ln)을 쓰는 경우가 있고, 혹은 qxDnx(nno/xd)를 쓰는경우가 있던데 똑같은것일까요? 경우에따라 구할수있는 조건 식에 대입하면 될까요?
감사합니다.
xd 가 무엇을 의미하는 것인가요?
@@DevicePhysics xn+xp=xd로 두었습니다!
@@아싸라콜라 두번째식은 무슨 식인지 모르겠습니다.
@@DevicePhysics average diffusion current densities of electrons in the depletion region을 구하는데
q Dn (nno-npo/xd)라는 식을 써서 구하길래 (델타n/Ln)과는 다른것인가 해서 여쭤보았습니다
답변 감사드립니다!
9분부터 설명해주시는 pn-diode에 reverse bias를 인가했을 때 관한 질문이 있습니다. 각 중성영역에서 depletion region으로 갈수록 minority carrier의 수가 0에 가까워집니다. 교수님께서 설명해주신 것처럼 식을 통해서 0에 가까워진다고 정량적으로는 이해가 됩니다. 정성적으로는 어떻게 이해해야 할까요?
좋은 강의 항상 감사합니다.
오른쪽 에너지밴드 다이어그램에 표현되어 있듯이, minority carrier 는 depletion region 내에 존재하는 E-field 에 의해 반대쪽으로 이동하게 됩니다.
강의내용 18:24에 loge와 log10을 섞어서 쓰신 것 같은데. 그것 때문에 잠시 헸갈렸네요. 마지막 설명에 10배라고 하셔서 그제서야 log10인걸로 이해하였습니다. 이 부분은 명확히 해주셔야 저같은 초보자들이 헷갈리지 않을 것 같습니다.
교수님 안녕하세요, 강의 감사합니다! 질문 두 개 드리고 싶습니다.
1. forward bias가 혹시 built in potential보다 커지게 되는 경우 band diagram이 어떻게 그려질지 궁금합니다. depletion이 사라질 수가 있는걸까요?
2. forward bias일 때 depletion region 내에서 carrier가 drift에 의해 움직인다 하셨는데요. depletion layer에서의 field방향은 외부에서 가해준 Vapp와 반대일거라 drift로 못갈 것 같은데.. diffusion으로 보면 안되는걸까요?ㅠ 감사합니다.
1. 강의에서는 계속해서 중성영역은 E=0, V=0 이라고 가정하였습니다. 하지만 실제로는 중성영역도 어느정도의 저항성분을 가지기 때문에, 전류가 흐를 경우 어느정도의 voltage drop 이 발생합니다. 즉, 실제로는 E 와 V 가 0 이 아닙니다.
만약 forward bias 가 Vbi 에 가깝게 인가되면, 전류가 매우 커지기 때문에 중성영역에서의 voltagd drop 도 급격히 커집니다. 따라서 외부에서 인가되는 전압이, depletion region 에 인가되는 것이 아니라, 대부분 중성영역에 걸리게 됩니다.
따라서 결론적으로 depletion region 에는 Vbi 이상의 forward bias 가 인가되지 못합니다. 외부에서 Vbi 이상의 전압이 인가되면 중성영역에서 다 voltage drop 에 의해 감쇄됩니다.
2. 방향은 반대지만 외부전압에 의한 Eapp 가 built-in E-field 보다 더 세기 때문에 드리프트 전류가 흐르게 되는 것입니다.
@@DevicePhysics 교수님 답변 감사드립니다. 큰 도움되었습니다.
그런데, 1번을 통해 2번을 이해하려면 좀 어려운 것 같습니다. 1번으로보면 Vbi-Va를 통해 Vbi가 완전 상쇄되지 않고 barrrier가 남는 것과 마찬가지로 depletion region에서의 E-field가 forward bias하에서도 아직 negative방향으로 남아있을텐데(2.1강에서도남아있었습니다), depletion에서 어떻게 내부전계 반대방향으로 drift를 할 수 있는건지 아직 이해가 가지 않습니다. 도와주세요ㅠ
그렇게 생각하는것은 고전역학적으로 생각하는 것입니다.물리전자공학에서 배웠듯이, 전자는 미시세계에서 확률적인 방식으로 움직입니다.
전자가 가진 에너지의 크기가 built-in potential (에너지 장벽)보다 작다고 하더라도, 양자역학적 관점에서는 장벽을 뛰어넘을 확률이 작지만 존재합니다.
따라서 요약하면, 외부 전압에 의해 캐리어는 depletion region을 건너가려는 힘을 받는데, built-in potential 이 가로막고 있습니다. 이 때, forward bias 는 에너지 장벽의 크기를 낮추어 주기 때문에 전자가 에너지 장벽을 뛰어 넘을 확률을 높여 주고, 결과적으로 전류가 흐르게 됩니다. 이 때 강의에서 이미 배웠듯이, 가해준 외부전압 모두는 depletion region 에만 걸립니다고 가정했습니다. 따라서 depletion region 을 통과하는 캐리어는 드리프트에 의해 이동하게 됩니다.
@@DevicePhysics 감사합니다 교수님 이해가됐어요
교수님 질문이있는데. 초반에 전류구할때 확산전류 식에다가 교수님은 그냥 대입해서 구하시는데 저는 엑세스캐리어 분포함수 유도한다늠에 Jnp이면 전하량이 -q가 곱해진다고 하고 유도하니까 j토탈이 음수더라고요???
이거 그냥 확산전류 jdiff=Dnx(-an/ax)(-q) 이렇게 구하는것처럼 엑세스 캐리어로 플럭스 구할때 x에 대해서 미분해주고 그다음 방향을 고려해서 -를 붙어줘야하는건가요?!
[물리전자공학]에서 이미 배운 내용입니다. [물리전자공학|5.4] 강의를 참고 바랍니다.
참고해서 이해햇습니다
p-type 영역에 Na 만큼 도핑하고, n-type 영역에 Nd 만큼 도핑 한다고 했을때, Nd 를 증가시켰더니 다이오드에 흐르는 전류가 증가한다는 시뮬레이션 결과가 나왔습니다. 그런데 이상적인 다이오드에서의 I = Is exp(Va/Vt -1)이라는 식에서 Is 가 도핑 농도에 반비례 함을 고려하였더니 Is의 감소로 인해서 다이오드에 흐르는 전류 또한 감소한다는 결론이 나왔습니다. 다른 연구 결과를 보아도 시뮬레이션 결과는 맞는 것 같은데 어떤 부분이 틀린건지 궁금합니다.
1. 어떠한 조건에서 시뮬레이션을 한 것인지 모르기 때문에, 정확히 답변하기는 어렵습니다.
2. 아무튼 saturation current (Js) 에서, Lp 와 Dp 값은 상수값이 아니라 도핑농도에 영향을 받습니다. 특히, Lp (diffusion length)는 앞에서 배웠듯이 carrier lifetime 에 의해 결정되는데, 도핑농도가 높아질수록 recombination rate 이 증가하기 때문에 lifetime 이 짧아집니다. 즉, 도핑농도가 증가할수록 Lp 값이 작아집니다.
3. 그밖에 강의에서 배우지 않은 여러 추가적인 효과들이 있습니다. 시뮬레이션에서 이러한 효과들을 반영했다면, 그러한 효과들도 포함되어서 전체 전류를 결정할 것입니다. 예를들어, 도핑농도가 증가할수록 당연히 conductivity 가 증가하기 때문에, voltage drop 에 의한 전압손실이 적어져 전류값이 증가하는 효과를 가져옵니다. 또한 generation-recombination current 도 도핑농도에 영향을 받으며, 따라서 전체전류에 영향을 줍니다.
@@DevicePhysics 감사합니다. 생각하지 못했던 변수들이 있었네요
7분 30초 쯤에 말하신 내용으로 ptype 쪽 majority carrier 의 농도를 Pn 으로 쓰셨는데 Pp를 잘못쓰신건가요?
네 그렇습니다. 강의 영상 중 오타나 오류는 영상 더보기란에 이미 안내가 되어 있으니 참고 바랍니다.
교수님과 동년배인 현업종사자입니다만 예전 지식 리마인드겸 강의 잘보고있습니다
설명 잘해주시네요
안녕하세요 교수님. 강의 감사합니다. 강의 내용과 관련해서 한 가지 질문 드립니다! 혹시 reverse-biased pn junction 에서 minority charge carrier들이 diffusion, drift에 의해서 saturation current를 만든다고 설명해 주셨는데요 혹시 dark current와 관련 있는 내용일까요? 개념이 혼동되어서 질문 드립니다.
dark current 는 말 그대로 불이 꺼진 상태에서의 pn junction current 를 뜻합니다. bias 의 방향 (reverse/forward)은 상관 없습니다.
선생님. 13분 50초 지점의 semi-log plot 설명이 이해가 되지 않습니다.
1. 로그스케일은 상용로그를 기준으로 했을때 10배 단위로 커지는 값을 크기 1 간격으로 표시해 줍니다. 그러면 오히려 작은 전류를 더 자세히 표현하기는 힘들것 같은데 "전류값에 로그스케일을 취하면 매우 작은 전류를 '잘' 표현해 준다"라고 하신 말에서 '잘'의 의미를 이해하지 못하겠습니다.
2. 로그 스케일을 취한 전류값을 다시 미분하면 16.76 이 나오는데 이 값은 어떤 온도 일때의 값인가요?
1. linear 스케일로 그래프를 그리면 작은 전류값은 거의 0 에 가깝게 그려지기 때문에 1e-6 과 1e-5 이 구분되지 않습니다. 실제로 한번 그려보면 바로 이해될 것입니다.
2. 300K 일때의 값입니다.
@@DevicePhysics 감사합니다.
@@DevicePhysics 선생님. 15분 15초 지점에서 질문 드립니다.
1. 책에는 괄호안의 -1 항을 무시할 수 있는 조건이 정방향 인가전압이 KT/q 보다 조금 클때 부터라고 되어 있는데 이렇게 Va를 곱하면 자연상수 e의 지수가 1이 되어서 괄호 안은 (e -1) 이 됩니다. e값은 2.71 정도니 1의 두배 이상이 되어서 무시가 가능하다고 보면 되는 건가요?
2. (K•T)/q 의 단위는 [(J•S)•K / C] 이 되는데 이것을 전압의 단위로 어떻게 환산 가능 한가요? 대략 실제로 몇 볼트 정도가 인가될 때 부터 무시가 가능한지 알아보려고 계산해 봤는데, 전압은 [J/C] 인데 너무 어렵습니다.
@@stevehan7983 1. 네 맞습니다.
kT/q = 0.026 V 밖에 안되고, 실제 인가해주는 전압은 수 V 정도이기 때문에, -1 항은 무시해도 계산 결과에 큰 영향을 주지 않습니다.
2. k(볼츠만상수) 의 단위는 [J/K] 입니다.
@@DevicePhysics 선생님. 죄송합니다. 볼츠만 상수의 단위를 제대로 모르고 질문을 하는 바람에 바쁘신 시간을 빼앗게 되었네요. 앞으로 더 신중히 생각하고 질문 드리겠습니다.
8:52 forward bias에서의 동작 메커니즘을 다음과 같이 정리 할 수 있을까요?
p영역 홀 : drift로 경계면 x=-xp 까지 이동 ----> 이후 diffusion으로 depletion region 통과후 +x 방향으로 이동하다가 재결합에 의해 평형상태 농도 유지
n영역 전자: drift로 경계면 x=xn 까지 이동 ----> 이후 diffusion으로 depletion region 통과후 -x 방향으로 이동하다가 재결합에 의해 평형상태 농도 유지
depletion region 에서는 diffusion 이 아니라 drift 에 의해서 움직이게 됩니다.
이 부분만 빼고는 나머지는 맞게 이해하고 있습니다.
순바이어스 인가시 전류밀도는 소수캐리어에 의한 확산 전류와 다수캐리어의 드리프트 전류의 합이기 때문에 순바이어스 전압 인가시 pn접합의 흐르는 전류는 소수캐리어의 이동에 의한 것이다는 틀린 문장인가요?
네. 소수캐리어의 이동 때문에'만' 전체 pn접합의 전류가 결정되지는 않습니다.
@@DevicePhysics 넵 감사합니다
좋은 강의 감사합니다. 10:40에서 Pn(x)=Pn0*exp(qVa/kT)식을 이용하여 역방향바이어스 인가시 -xp 또는 +xn에서 Pn 또는 Np의 농도가 거의 0라고 설명하셨습니다. 수식적으로는 이해가됩니다. 정성적으로 역방향 바이어스시 왜 depletion 근처에서 소수캐리어 농도값이 더 작은지 이해가 잘 안됩니다. 예를 들어 P type쪽의 hole 농도가 균일하다면 오히려 -xp 지점이 아닌 (-)전압을 걸어준쪽(-무한대쪽)의 전자의 농도가 더 작고, depletion 근처 (-xp)쪽이 전자 농도가 더 높은것 아닌가요?
1. 이전 강의들에서 계속 이야기했듯이 외부에서 걸어준 전압은 전부 depletion region 에만 걸립니다. 따라서 -무한대쪽 에 걸린 전압은 없습니다.
2. depletion region 에서는 캐리어농도가 매우 낮습니다. 따라서 중성영역에서 depletion region 쪽으로 확산이 일어 납니다.
친절한 강의 감사합니다. 정말 많은 도움이 되고 있습니다 ㅠㅠ. 12:30 쯤 내용으로, p영역의 소수캐리어인 전자가 기울기 차로 인해 drift된다고 설명하셨는데 chapter 1에서 reverse bias에서 avalanche break down의 메커니즘과 상당히 유사한 것 같습니다. 과전류가 흐르지 않는 것은 전자가 새로운 전자쌍을 만들만큼의 kinetic energy가 형성되지 않기 때문인가요?
네 맞습니다.
@@DevicePhysics 답변 감사합니다!
15:38초에서 음의전압을 걸어준다는게 역방향bias를 걸어준거와 같은건가요??
시간이 정확하지 않은 것 같습니다. 정확히 어느 지점이었는지 다시 질문 바랍니다.
6:00 아래 diff current 그래프의 depletion region에서 Jp가 Jn보다 높이있는 이유가 Na doping이 Nd doping보다 커서 그런걸로 이해하고있는데 맞나요?
네 맞습니다. 사실 Jp 와 Jn 의 상대적인 크기 차이는 고려하지 않아도 상관없습니다.
안녕하세요 강의 감사합니다. 평형상태 n타입의 마이너 캐리어 농도가 p타입 마이너캐리어 농도보다 높은 이유는 무엇인가요?
항상 그런것이 아닙니다. 그냥 한가지 예시일 뿐입니다.
감사합니다~!
역방향으로 전압을 가했을 때도 low level injection이 성립한다고 할 수 있나요?
breakdown 전 까지는 low level injection 상태입니다. 학부수준에서 배우는 내용은 전부 low level injection 상황입니다.
@@DevicePhysics 근데 저게 low level 인 이유가 과잉캐리어가 음수여서그런건가요 아니면 diffusion이 일어나서 p의 입장에서 보았을 때 n쪽에서 hole이 건너오는데 그 양이 적기 때문에 (n쪽에서 hole은 minority 캐리어이기 떄문에)그런건가요?
reverse bias 상황에서 majority carrier 들은 에너지장벽때문에 반대편으로 건너갈 수 없습니다. 따라서 majority carrier 의 농도 변화가 거의 없기 때문에 low level injection 상황이 되는 것입니다.
pn다이오드의 경우에도 thermionic emission theory 를 사용할순 없나요?
thermionic emission 은 barrier height 가 고정된 상황에서 적용 가능합니다. pn 접합의 상황과는 맞지 않습니다.
@@DevicePhysics pn 다이오드의 경우에도 인가전압을 알면 barrier height 는 constant 아닌가요?
@@한두혁 thermionic emission 은 MS junction 처럼 전압에 상관없이 일정한 barrier height 에서 적용되는 이론입니다.
안녕하세요 교수님 영상 많이 도움되고 있습니다. 감사합니다. reverse bias가 적당히 걸렸을때는 12:00에서 설명해주신것처럼 diffusion에 의해 소수 캐리어가 경계면쪽으로 확산해 오고 depletion region에서 E field에 의한 drift현상으로 saturation current가 흐르는데, 이 reverse bias가 어느정도 크게 걸렸을때 avalanche effect가 걸려서 breakdown이 발생한다고 보면 될까요?
네 맞습니다.
교수님 정말 좋은 강의 감사드립니다. 그런데 8:30초에서 동작 메커니즘에 대해서 궁금한 것이 있습니다.
1. forward bias를 가하기 전 먼저 zero-bias상태에서 pn접합을 시켜 diffusion에 의한 depletion regeion을 형성한 이후에 forward bias를 가한 것이 맞나요?
2. p-side를 예로들면 forward bias를 가해주었음으로 p측에 있던 hole이 drift에 의해 depletion regeion쪽으로 이동한후 depletion regeion에 형성된 buil-in E-field에 의해 n측으로 넘어간 후 이젠 drift가 아닌 diffusion에 의해 이동하는 것이 맞나요??
3. forward bias를 가했을때 drift에 의한 hole이 n-side로 이동하는데 전자와 hole의 drift의 방향이 왜 저렇게 되는지 아직 잘 이해가 완벽하게 되지 않습니다. drift의 개념을 물리전자 강의를 들었지만 확실하게 체득이 되지 않아서 헷갈리는 상태입니다. 우선 forward bias를 가했으니 p측에 +전압이 가해졌고 hole은 +전하을 띄고있으니 서로 밀어내는 힘이 작용하여 반대편으로 이동한다고 받아들이고 있는데 혹시 아니라면 어떤 이유때문인지 궁금합니다.
1. 네 맞습니다.
2. 정확히는 depletion region 에서 Vf-Vbi 에 의한 E-field 에 의해 넘어갑니다. 나머지는 맞습니다.
3. 네 맞습니다. [물리전자공학]에 관련 영상이 있으니 참고해보면 좋을것 같습니다.
reverse bias 상태에서 n과 p쪽에서 diffusion의해 움직인다면 depletion쪽이 끝 쪽의 농도 보다 작게 그래프를 그린 이유가 뭔가요?
diffusion 은 농도가 높은곳에서 낮은 곳으로 발생합니다.
@@DevicePhysics 네^^, 저는 depletion 주변의 농도가 왜 작게 설정되어있는지 알고싶습니다.
질문이 정확히 무엇인지 모르겠습니다.
농도가 높은 중성영역에서, 농도가 낮은 depletion region 쪽으로 확산이 발생합니다.
@@박지원-s5b3k 강의에 나와있는 내용입니다 10:10