공머생의 공부노트

https://youtu.be/82CLemms8uQ

이전 "전류와 전기장에 의한 전자의 이동 (https://yumy.tistory.com/140) " 에서는 전기장에 의한 전류의 정의를 확인했는데 이번에는 자기장에 의한 전자의 이동이 어떻게 변하는지 정의할 필요가 생긴다. 많은 반도체 전공생이 알고 있듯 이는 Hall effect라고 불리며 기본 전하 이동을 추적할때 매우 중요하게 작용하게 된다.  1. Hall effect홀 측정(Hall measurement)은 물질의 전기적 특성을 분석하기 위해 사용되는 실험 기법으로, 주로 전하 운반체의 종류, 농도, 그리고 이동도를 알아낼 수 있다. 홀 측정은 기본적으로 전기장에 의해 전류가 흐르는 상황에서 추가적으로 자기장이 가해졌을 경우 자기장에 의해서도 전자가 힘을 받으며 발생한다. 자기장이 없을 때는 이..

기존의 전자의 충돌을 바탕으로 전류를 정의한 Drude 이론에 의해 전자가 전하를 운반 하는 주요 요소로서 너무 당연하게 이해 되었다. 드루데 이론에서는 전기장이 가해진 전자가 (전압이 가해진) 상황에서 이동할 때 충돌 시간을 T로 가정하고 이데 의한 영향을 고려하여 전류에 대한 공식을 만들 수 있다. 1. 고체 내에서 전류(전류밀도)의 정의    물질 내에 일정량의 전류가 흐른다면 면적 A와 dx를 곱한 작은 부피에 n의 전자밀도로 (공간에서) q의 전하를 가지고 V의 속도로 흐른다. 이를  dx가 충분히 작은 영역에서는 I는 A라는 면적과 그 순간의 전자의 밀도와 전자의 속도에 비례한다.  같은 내용을 다시 써보자 이때 편의를 위해 n의 밀도요소에 A를 합쳐버리면 위의 그림과 같이 표기할 수 있다. ..

임피던스 분석법은 측정하고자 하는 시료에 교류 자극을 줌으로서 얻어지는 임피던스를 분석하는 방법으로 보통 주파수에 따라 실수 저항과 허수저항을 얻을 수 있다. 시료에 교류전압을 가하여 임피던스를 얻어내는 측정은 배터리, 전해 셀 같이 여러 화학종이 존재하는 계에 대해서 측정을 할 수 있을 뿐만 아니라 고체/고체 계면을 가지는 반도체나 더 복잡한 계면 구조를 가지는 경우에도 적용시킬 수 있어 그 범용성이 높다.  임피던스를 구하기 위한 가장 쉽고 고전적인 이해는 값을 구하려는 셀을 임피던스 브리지 한쪽에 연결하고 반대쪽에 연결된 R과 C를 조정하여 브리지의 균형을 맞추는 것이다. 측정 주파수를 가했을때 이 회로가 작동한다면, 전기화학셀과 동등하게 연결된 R과 C의 값이 셀의 밖에서 정해진다. 이를 통해 우..

수동소자를 구성하는 것은 chip들은 결국 소재이다. 소재의 비저항, 유전율, 투자율과 형상계수에 따라 회로성분이 결정된다. 즉 소재의 저항과 커패시턴스를 측정함으로서 비저항 (또는 전도도)와 유전율을 구할 수 있다.대부분의 고체 세라믹이나 반도체 디바이스의 경우 전자가 지나가지만 동시에 커패시턴스를 가진다. 그러므로 위의 회로와 같이 저항 R과 콘덴서 C가 병렬연결 되어있는 회로를 먼저 고려하자.  저항을 병렬으로 연결하는 경우 병렬 연결 원리에 의해 합성 저항은 아래 식과 같으며$$ \frac{1}{R}\ =\ \frac{1}{R1}+\frac{1}{R2}$$같으며 임피던스도 마찬가지로 병렬 합성저항의 방식을 그대로 적용하며 커패시터의 경우 용량 리엑턴스를 사용한다. $$ \ \frac{1}{Z}\ ..

직류전압이 아닌 교류전압이 계에 주어졌을 경우 3소자의 거동은 직류전원과 완전히 다른 모습을 보인다. 교류전압은 시간에 따라 전위차가 변화하는데 주로 사인파의 형태를 보이게 된다. 이때의 교류전압의 형태는 Vac(t)= V0 Sin(wt) 의 함수로 나타낼 수 있다. (w =2PI*f 진동수) 이때 저항의 경우 V=IR의 옴의 법칙이 그대로 성립하여 I = V/R의 관계식이 성립하며 Iac(t) = I0Sin(wt)의 전류 방정식을 갖게되며 이는 위상차가 존재하지 않고 전압의 증가에 따라 선형적인 증가 특성을 보여준다.커패시턴스가 포함된 회로의 경우는 Q=CV가 성립하는데, 콘덴서에는 전압이 가해짐에 따라 전하가 축적되고 이는 전압과 정전용량 상수에 비례한다. 커패시터만 존재하는 회로에서 커패시터의 전압..

우리가 일반적으로 전기회로를 구성할 때 크게 저항, 인덕턴스, 캐퍼시턴스의 구성요소로 시스템을 분석하게 된다. 회로를 구성하는 3가지 요소는 각각의 물리적 현상에 의해 전류를 적게 흐르게 만들거나, 전압을 흐르지 못하게 만들거나, 시간이 지남에 따라 전류가 정상상태로 흐르게 하는 현상을 보인다. 이 3가지의 회로요소가 중요한 이유는 모든 물리적 형태를 가지는 회로는 위의 3가지 회로의 선형결합으로 이해될 수 있으며 전압과 전류의 따른 미분방정식의 선형결합으로 그 전압, 전류를 시간에 따른 함수로 만들 수 있기 때문이다. 또한 이 회로요소들은 우리가 사용하는 전기화학 시스템에서 반도체, 유기/비유기성 계면, 배터리의 시스템에 그대로 이 이론을 접목시킬 수 있기 때문에 3가지 요소에 대한 물리적 이해는 필수..

SAED 패턴은 TEM에서 가속된 전자가 시편을 만났을 때 회절함으로서 발생한다. 가속된 전자는 마치 X선 처럼 물질을 만나 경로가 꺾이고 이때 틀어진 경로의 전자들이 SAED 패턴의 점을 만든다. 일종의 Electron diffraction인 것이다. 이때 회절의 이론은 X선을 이용한 공식과 거의 유사하다.  1. TEM에서 전자의 회절가속된 전자는 매우 낮은 파장을 만나면 브래그 법칙에 따라 회절하고 이에 따라 일부 결정면을 만나면 그 경로가 꺾인다. 이때 입사하는 전자의 방향을 So라고 하고 그대로 투과하는 전자의 방향을 S1이라고 하자. So와 S1는 항상 같은 방향을 가지게 될 것이다. 이때 S1에서 일부 전자들은 상황이 맞다면 결정의 면에 의해 S2처럼 방향이 꺾이게 된다. X선의 회절에서와의..