공머생의 공부노트

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. ..

반도체의 전기전도도는 위의 특성에 의해 도체보다는 낮고 부도체보다는 작다. 하지만 이것이 반도체가 전도도를 자유롭게 조절하게 되는 원인은 아니다. 위의 자료의 전기전도도의 특징에서도 볼 수 있듯 부도체, 도체는 전도도가 일정한 편이다. 하지만 반도체(Ge, Si, GaAs...)들은 전도도의 폭이 상대적으로 넓다. 전기 전도도는 트렌지스터나 다이오드 등에서 자유전자의 생성과 컨트롤 하는 정도에 관계하게 되고 결과적으로는 소자의 특성을 발현시키는 가장 핵심적인 원리가 된다. 반도체의 전기전도도의 조절을 가능하게 하는 핵심적인 요소는 반도체 물질 그 자체가 아닌 도핑(doping)이라는 기술에 있다. 순수한 Si결정의 경우 전도도는 10¯⁴ S/cm 정도이다. 하지만 위의 그림처럼 ⅣA족(4가)인 실리콘에 ..

앞선 반도체의 정의에서와 마찬가지로 가장 중요한 반도체의 특성은 공학적으로 전기전도도를 조절 가능하다는 것이다. 이를 위해하기 위해서는 물질의 띠 이론과 전기전도도간의 관계를 이해해야 한다. 고체물리학에서는 원자 하나가 가지는 1s, 2s 오비탈들이 모여 일정한 띠를 형성한다고 이해한다. 주양자수가 높은 (n=2,3..) 전자 들은 원자핵에 이끌려 원자 주위에서 특정한 오비탈을 형성하는데, 만일 같은 원자가 수 많이 모여있다면 그 전자들이 존재할 수 있는 에너지 구역은 띠의 형태를 이루게 된다. Orbital structure of a single atom and energy band of solid 이때 내부의 전자가 이루는 띠중 가장 높은 띠를 가전자띠 (Valence Band, VB)라고 하고 원자..

반도체란 정의상으로 전기가 선택적으로 흐르는 물질, 즉 도체보다는 전류가 안 흐르고 부도체 보다는 전류가 흐르는 물질이다. “상온에서 전기 전도율이 도체와 절연체의 중간 정도인 물질. 낮은 온도에서는 거의 전기가 통하지 않으나 높은 온도에서는 전기가 잘 통한다. 실리콘, 저마늄, 산화 구리 따위가 있으며 정류기(整流器), 다이오드, 집적 회로, 트랜지스터 따위의 전자 소자에 널리 쓴다 / 표준국어대사전” 표준국어대사전에서는 위와 같이 정의를 하는데 이는 앞서 말했던 선택적으로 전류가 흐른다는 개념과 다름없다. 즉 반도체가 전자 장치 응용 및 에너지 변환에 주목을 받는 이유도 항상 전기가 흐르는 것이 아닌 선택적으로 전류가 흐르고 이런 상황을 조절할 수 있기 때문이다. 도체와 부도체 반도체를 구분함에 있어..