감사합니다 교수님 잘 보고 있습니다! 다만, 4:00 아래 그림에서 하나 궁금한 점이 있는데요, 1. drift에 의한 전류는 Ec의 기울기가 양수이므로 오른쪽이고, diffusion에 의한 전류는 (전자가 농도가 낮은 오른쪽으로 이동하므로) 왼쪽으로 흐르는데 두 전류가 방향이 반대이므로 상쇄된다고 생각하면 될까요? 2. built-in E-field가 drift 전류와 같은 말인가요? 3. built-in E-field가 유도전기장과 같은 말인가요?
@@DevicePhysics 답변 감사합니다! 유도전기장의 개념이 헷갈려서 그런데 조금만 더 질문드리고싶습니다ㅠㅠ.. 1. 4:00 아래 그림에서 유도전기장의 방향은 오른쪽이 맞나요? 확산에 의해 전자가 오른쪽으로 이동하면 상대적으로 왼쪽이 +, 오른쪽이 -가 되어 +에서 -로 유도전기장이 생긴다고 생각했습니다... 2. built-in E-field은 drift 전류에 의해 발생하는 전기장인 건가요?
@@DevicePhysics 그렇다면... built-in E-field는 확산(diffusion)에 의한 것이고, 4:00 아래 그림에서 built-in E-field의 방향은 오른쪽인데 그 이유는 확산에 의해 전자가 오른쪽으로 이동 시에 왼쪽이 상대적으로 +, 오른쪽이 상대적으로 -이기때문이라고 생각하면 되는 걸까요? 유도전기장은 아예 배제하고 생각하고요! (유도전기장에 대해 아직 제대로 이해하지 못한 것 같습니다...)
@@쿸2 확산때문에 built-in E-field 가 생긴다고 말하기는 어렵습니다. 왜냐하면 확산이 일단 발생한다고 생각하면, 확산전류가 발생한다는 의미이기 때문에, 전류의 흐름이 발생한다는 뜻이기 때문입니다. 강의에서 설명한것처럼, thermal equilibrium 조건을 만족하기 위해서, 내부적으로 저절로 발생하는 것이 built-in E-field 입니다. 발생하는 이유는 도핑농도의 불균형 때문에 발생하는 것입니다.
교수님! 질문있습니다. 마지막 ppt에서 아인슈타인 관계식은 열적 평형 상태에서만 적용 가능하다고 되어 있는데, 저희 학교 교수님께서는 Dn은 mean free path와 관련이 있고, Un은 mean free time과 관련이 있는데, mean free path 와 mean free time은 같은 환경에서 형성되므로 열적 평형 상태에서 증명된 관계식일지라도 열적 평형 상태가 아닌 상황에도 적용 가능하다고 하셨는데 말이 달라 헷갈립니다. 알려주시면 감사하겠습니다.
평형상태에서만 적용 가능합니다. mean free path 와 mean free time 은 결국 여러 scattering 효과에 의해 영향을 받는데, nonequilibrium 상태에서는 여러 외부 요인들에 의해 mean free path 와 mean free time 간의 상관관계가 일정하지 않습니다. 따라서 nonequilibrium 상태에서는 적용 가능하지 않습니다.
교수님 강의 항상 잘 듣고있습니다. 궁금한 점이 있어 질문 하나 드리겠습니다. Built in E-filed를 구하는 식에서 Jp(x) = 0, Jn(x)=0 즉 전자, 홀에 의한 전류가 각각 0이 되는 건가요? Jn(X) + Jp(x) = 0이 되는 건 알겠는데 각각 0이여야 하는 것은 잘 모르겠습니다. 감사합니다.
교수님 강의 잘 들었습니다 질문이 있습니다. Built in electric field 가 왜 생기는지 궁금합니다 제가 배우기론 왼쪽이 전자의 농도가 더 높을때 전자가 디퓨전하면서 오른쪽으로 이동하면서 왼쪽이 상대적으로 +가 되면서 내부 전계가 생성되고 이때 전계가 전자의 확산을 막는다고 배웠는데 이미 전자농도가 높은 곳이 오른쪽보다 더 - 전하를 띄기 때문에 내부 전계가 반대로 걸릴 것 같다고 생각이 되는데 제가 뭘 잘못생각하고 있는지 모르겠습니다.
"이미 전자농도가 높은 곳이 오른쪽보다 더 - 전하를 띄기 때문에" --> 전자의 농도가 높다고 (-)전하를 띄는 것이 아닙니다. 앞에서 배웠듯이 donor 를 넣어주면, 자유전자 1개가 생성되면서 donor 의 원자핵은 (+)의 fixed charge 를 형성하기 때문에, 전체적으로는 중성입니다.
안녕하세요 교수님, 기초반도체공학 듣다가 의문점이 생겨서 질문드립니다. 열평형 상태에서 diff 전류와 drift 전류가 서로 상쇄되어 total J가 0이 되어야 합니다. 따라서 N type 과 P type이 접합하면 전자가 N->P 방향으로 확산되는 전류가 생성되고 이를 상쇄하기 위해서 P->N방향의 drift 전류가 필요합니다. 그러기 위해 전기장의 방향이 n->p 방향으로 생성되어야 하며 이때 전기장은 built-in electric-field로 PN접합 내부에 생성된다고 알고 있습니다. 이 영역에서, n-타입 반도체의 도너 원자는 전자를 잃어 양의 고정 전하를 형성하고, p-타입 반도체의 억셉터 원자는 전자를 얻어 음의 고정 전하를 형성하며, 이 고정 전하들은 공핍 영역에서 내장 전기장을 형성하는데, 이 전기장은 n-타입 반도체에서 p-타입 반도체로 향한다고 이해했습니다. 여기서 의문점은 열평형상태에서 depletion region은 자유전자가 존재하지 않기 때문에 Ebi가 p type과 n type의 중성영역에 drift 전류를 유도하는 역할을 하는 것인지 궁금합니다. 그리고 drift전류가 built-in electric-field 에 영향을 주지는 않는지도 궁금합니다. 또한 제가 지금 잘 이해하고 있는것인지 궁금합니다. 마지막으로.. diff current 의 방향과 built-in E-field의 방향을 항상 같다고 생각하면 될까요?? 답변 감사합니다.
도핑농도가 매우 높은 반도체를 상상해보면 됩니다. 도핑농도가 매우 높은 n-type 반도체가 있다고 가정하면, 이 경우 홀의 농도는 전자의 농도에 비해 무시할 정도로 작습니다. 따라서 Jp 는 무시 가능합니다. 그리고 이 반도체가 열적평형상태에 놓여 있다면, Jn_drift = Jn_diff 를 만족해야 합니다.
교수님, 홀에 대한 식으로 아인슈타인 관계를 유도하였을 때 홀의 전하량은 +q이므로 - 홀의 전기적 위치에너지 = W = qV = Ev(x) - 반도체 내의 전위 분포 V(x) = Ev(x)/q - 전기장의 세기 E = -dV/dx = (-1/q)(dEv(x)/dx) 라고 생각해서 유도하였는데 부호가 반대로 나와서 질문드립니다. 혹시 제가 잘못 생각하고 있는 부분이 어딘지 알 수 있을까요?
저도 홀은 항상 헷갈리게 만들기 때문에 전자로 설명했던 부분입니다. 홀의 전기적 위치에너지 qV = Ev(x) 로 하면 절대적인 값은 맞는데, Ev(x) 가 변하면서 만들어내는 반도체 내의 전위분포는 결국 전자가 만들어내는 전위분포와 같아야 하기 때문에, (-) 부호가 붙어야 합니다. 즉, V(x) = -Ev(x)/q 가 되어야 합니다. 다르게 설명하면, 전자는 E-field 의 방향에 맞게 움직이면, 포텐셜이 낮아집니다. 하지만 홀은 그 반대 입니다. 따라서 이를 설명하기 위해 (-) 부호가 따로 붙어야 합니다.
![[물리전자공학|6.1] #과잉캐리어의 생성 및 재결합 #excess carrier #generation & recombination #steady-state](http://i.ytimg.com/vi/dmfbOqxjQyM/mqdefault.jpg)
![[물리전자공학|6.1] #과잉캐리어의 생성 및 재결합 #excess carrier #generation & recombination #steady-state](/img/tr.png)
![[물리전자공학|4.5] #도핑농도와 캐리어농도의 상관관계 #전하중성조건 #캐리어농도의 온도 경향성](http://i.ytimg.com/vi/rYXPops2p5Q/mqdefault.jpg)
![[물리전자공학|5.1] #캐리어의 드리프트 속도 #이동도 #산란 #속도포화](http://i.ytimg.com/vi/HjjctGHY6es/mqdefault.jpg)
![Twenty One Pilots - “The Line” (from Arcane Season 2) [Official Music Video]](http://i.ytimg.com/vi/E2Rj2gQAyPA/mqdefault.jpg)
![[전자회로] 2편. pn접합, 공핍층 형성 원리 (built-in potential)](/img/1.gif)
교수님 사랑합니다...
항상 감사합니다 교수님
항상 감사히 보고있습니다 교수님
(정리) 열적 평형상태에서의 슈타인 형님 관계: kt/q=Dn/mn=DP/mp
감사합니다 교수님 잘 보고 있습니다!
다만, 4:00 아래 그림에서 하나 궁금한 점이 있는데요,
1. drift에 의한 전류는 Ec의 기울기가 양수이므로 오른쪽이고, diffusion에 의한 전류는 (전자가 농도가 낮은 오른쪽으로 이동하므로) 왼쪽으로 흐르는데 두 전류가 방향이 반대이므로 상쇄된다고 생각하면 될까요?
2. built-in E-field가 drift 전류와 같은 말인가요?
3. built-in E-field가 유도전기장과 같은 말인가요?
1. 네 맞습니다.
2. 아닙니다. 전기장(E-field)과 전류는 전혀 다른 개념입니다.
3. 아닙니다.
@@DevicePhysics 답변 감사합니다! 유도전기장의 개념이 헷갈려서 그런데 조금만 더 질문드리고싶습니다ㅠㅠ..
1. 4:00 아래 그림에서 유도전기장의 방향은 오른쪽이 맞나요? 확산에 의해 전자가 오른쪽으로 이동하면 상대적으로 왼쪽이 +, 오른쪽이 -가 되어 +에서 -로 유도전기장이 생긴다고 생각했습니다...
2. built-in E-field은 drift 전류에 의해 발생하는 전기장인 건가요?
@@쿸2 1. 유도전기장이 아니라 built in E-field 입니다. 서로 다른 개념입니다. built in E-field 는 강의 그림처럼 오른쪽입니다.
2. 아닙니다. 아직 built in E-field 가 왜 생기는 것인지 이해하지 못한것 같습니다.
@@DevicePhysics 그렇다면... built-in E-field는 확산(diffusion)에 의한 것이고, 4:00 아래 그림에서 built-in E-field의 방향은 오른쪽인데 그 이유는 확산에 의해 전자가 오른쪽으로 이동 시에 왼쪽이 상대적으로 +, 오른쪽이 상대적으로 -이기때문이라고 생각하면 되는 걸까요?
유도전기장은 아예 배제하고 생각하고요! (유도전기장에 대해 아직 제대로 이해하지 못한 것 같습니다...)
@@쿸2 확산때문에 built-in E-field 가 생긴다고 말하기는 어렵습니다. 왜냐하면 확산이 일단 발생한다고 생각하면, 확산전류가 발생한다는 의미이기 때문에, 전류의 흐름이 발생한다는 뜻이기 때문입니다.
강의에서 설명한것처럼, thermal equilibrium 조건을 만족하기 위해서, 내부적으로 저절로 발생하는 것이 built-in E-field 입니다. 발생하는 이유는 도핑농도의 불균형 때문에 발생하는 것입니다.
교수님! 질문있습니다.
마지막 ppt에서 아인슈타인 관계식은 열적 평형 상태에서만 적용 가능하다고 되어 있는데,
저희 학교 교수님께서는 Dn은 mean free path와 관련이 있고, Un은 mean free time과 관련이 있는데,
mean free path 와 mean free time은 같은 환경에서 형성되므로
열적 평형 상태에서 증명된 관계식일지라도
열적 평형 상태가 아닌 상황에도 적용 가능하다고 하셨는데 말이 달라 헷갈립니다. 알려주시면 감사하겠습니다.
평형상태에서만 적용 가능합니다.
mean free path 와 mean free time 은 결국 여러 scattering 효과에 의해 영향을 받는데, nonequilibrium 상태에서는 여러 외부 요인들에 의해 mean free path 와 mean free time 간의 상관관계가 일정하지 않습니다. 따라서 nonequilibrium 상태에서는 적용 가능하지 않습니다.
교수님 강의 항상 잘 듣고있습니다. 궁금한 점이 있어 질문 하나 드리겠습니다.
Built in E-filed를 구하는 식에서 Jp(x) = 0, Jn(x)=0 즉 전자, 홀에 의한 전류가 각각 0이 되는 건가요?
Jn(X) + Jp(x) = 0이 되는 건 알겠는데 각각 0이여야 하는 것은 잘 모르겠습니다.
감사합니다.
각각이 0 이 아니라면 전류가 존재한다는 뜻이니, 열적평형상태가 아니게 됩니다.
교수님, 혹시 Hole Effect에 관한 강의도 있나요?
없습니다.
교수님 강의 잘 들었습니다
질문이 있습니다. Built in electric field 가 왜 생기는지 궁금합니다
제가 배우기론 왼쪽이 전자의 농도가 더 높을때 전자가 디퓨전하면서 오른쪽으로 이동하면서 왼쪽이 상대적으로 +가 되면서 내부 전계가 생성되고 이때 전계가 전자의 확산을 막는다고 배웠는데 이미 전자농도가 높은 곳이 오른쪽보다 더 - 전하를 띄기 때문에 내부 전계가 반대로 걸릴 것 같다고 생각이 되는데 제가 뭘 잘못생각하고 있는지 모르겠습니다.
"이미 전자농도가 높은 곳이 오른쪽보다 더 - 전하를 띄기 때문에" --> 전자의 농도가 높다고 (-)전하를 띄는 것이 아닙니다.
앞에서 배웠듯이 donor 를 넣어주면, 자유전자 1개가 생성되면서 donor 의 원자핵은 (+)의 fixed charge 를 형성하기 때문에, 전체적으로는 중성입니다.
@@DevicePhysics 아 제가 오개념이 잡혀있던것 같습니다 감사합니다:)
교수님, 불균일하게 도핑된 n형 Si 라는건 페르미준위가 다른 반도체 여러개를 연결 했다는 4.6단원에서의 말과 동일하다고 이해해도 되는건가요 ?
네 맞습니다.
안녕하세요 교수님, 기초반도체공학 듣다가 의문점이 생겨서 질문드립니다.
열평형 상태에서 diff 전류와 drift 전류가 서로 상쇄되어 total J가 0이 되어야 합니다.
따라서 N type 과 P type이 접합하면 전자가 N->P 방향으로 확산되는 전류가 생성되고 이를 상쇄하기 위해서
P->N방향의 drift 전류가 필요합니다. 그러기 위해 전기장의 방향이 n->p 방향으로 생성되어야 하며 이때 전기장은 built-in electric-field로 PN접합 내부에 생성된다고 알고 있습니다.
이 영역에서, n-타입 반도체의 도너 원자는 전자를 잃어 양의 고정 전하를 형성하고, p-타입 반도체의 억셉터 원자는 전자를 얻어 음의 고정 전하를 형성하며, 이 고정 전하들은 공핍 영역에서 내장 전기장을 형성하는데, 이 전기장은 n-타입 반도체에서 p-타입 반도체로 향한다고 이해했습니다.
여기서 의문점은 열평형상태에서 depletion region은 자유전자가 존재하지 않기 때문에 Ebi가 p type과 n type의 중성영역에 drift 전류를 유도하는 역할을 하는 것인지 궁금합니다. 그리고 drift전류가 built-in electric-field 에 영향을 주지는 않는지도 궁금합니다.
또한 제가 지금 잘 이해하고 있는것인지 궁금합니다.
마지막으로.. diff current 의 방향과 built-in E-field의 방향을 항상 같다고 생각하면 될까요??
답변 감사합니다.
질문하는 상황이 정확히 어떤 상황인지 파악이 안됩니다. 열적평형상태에 대해 질문했는데, drift 전류를 왜 고려하는지 모르겠습니다. 열적평형상태에서는 전체 전류는 항상 0 입니다.
@@DevicePhysics 열평형상태에서 drift 전류랑 diff 전류랑 상쇄되어 0이되는것 아닌가요?
@@Lama99604 그건 맞습니다.
@@DevicePhysics 질문상황은 열평형상태에서 공핍영역 내 전기장에 의한 영향입니다!
아까도 말했듯이 질문이 무엇을 물어보는 것인지 이해가 안됩니다. 본인은 어떻게 생각하는지를 포함해서 구체적으로 질문 바랍니다.
교수님 j(total)=0에서 어떻게 j(p)=0, j(n)=0으로 되는 건가요? 합이 0이다로 보는게 맞지 않나 생각이들어서 질문드립니다. 항상 좋은 강의 올려주셔서 잘보고 있습니다. 감사합니다.
도핑농도가 매우 높은 반도체를 상상해보면 됩니다.
도핑농도가 매우 높은 n-type 반도체가 있다고 가정하면, 이 경우 홀의 농도는 전자의 농도에 비해 무시할 정도로 작습니다.
따라서 Jp 는 무시 가능합니다.
그리고 이 반도체가 열적평형상태에 놓여 있다면, Jn_drift = Jn_diff 를 만족해야 합니다.
교수님 아인슈타인 관계식 유도과정에서 볼츠만 근사를 사용한 식이 있기 때문에 아인슈타인 관계식 또한 과도핑 반도체에서는 사용이 불가능한게 맞을까요?
네 맞습니다. 오차가 발생합니다.
@@DevicePhysics 답변 감사합니다 교수님!
혹시 홀에 대해 아인슈타인관계식을 유도하는 과정에서 dEv(x)/dx 이 부분을 electron에서 qE로 바꾼것 처럼 어떻게 바꿔서 유도 해나아가야되나요?
Ev와 Ec의 기울기는 항상 같기 때문에, 전자일때와 같습니다.
안녕하세요 교수님 5:00 부분이 의아한데 jn+jp=0인건데 jp=0 jn=0이라 식이 나온게 헷갈립니다. jp=5고 jn=-5여도 합하면 0이지 않나요
Jp=5, Jn=-5 이라면, 전자와 홀이 같은 방향으로 움직인다는 뜻인데, 이것 자체가 말이 되지 않게 됩니다.
교수님. hall effect 설명은 스킵하시는 건가요?
네 강의에 포함하지 않았습니다.
교수님 built in electric field 교안 중 전자가 오른쪽으로 확산하려고 하니까 빌트인 전기장은 왼쪽 방향으로 가야되는게 아닌가요? 이해가 잘 안되서요.. ㅠㅠ
전자는 전기장의 방향에 반대로 움직입니다.
교수님, 홀에 대한 식으로 아인슈타인 관계를 유도하였을 때
홀의 전하량은 +q이므로
- 홀의 전기적 위치에너지 = W = qV = Ev(x)
- 반도체 내의 전위 분포 V(x) = Ev(x)/q
- 전기장의 세기 E = -dV/dx = (-1/q)(dEv(x)/dx)
라고 생각해서 유도하였는데 부호가 반대로 나와서 질문드립니다.
혹시 제가 잘못 생각하고 있는 부분이 어딘지 알 수 있을까요?
저도 홀은 항상 헷갈리게 만들기 때문에 전자로 설명했던 부분입니다.
홀의 전기적 위치에너지 qV = Ev(x) 로 하면 절대적인 값은 맞는데, Ev(x) 가 변하면서 만들어내는 반도체 내의 전위분포는 결국 전자가 만들어내는 전위분포와 같아야 하기 때문에, (-) 부호가 붙어야 합니다. 즉, V(x) = -Ev(x)/q 가 되어야 합니다.
다르게 설명하면, 전자는 E-field 의 방향에 맞게 움직이면, 포텐셜이 낮아집니다. 하지만 홀은 그 반대 입니다. 따라서 이를 설명하기 위해 (-) 부호가 따로 붙어야 합니다.
교수님 6장 이외에 다른 단원의 강의는 볼 수 없는건가요??
이미 제 채널에 11장 까지의 강의가 [기초반도체공학] 이라는 이름으로 업로드 되어 있습니다.