공머생의 공부노트

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..

전자에 의한 X선의 산란 (scattering by electron) 공간을 진행하는 X선은 재료에 입사되면 산란을 일으킨다. 산란이란 "빛이 미립자에 부딪혔을 때, 방향을 바꾸어 여러 방면으로 흩어지는 현상" 인데, 즉 말 그대로 X선이 재료에 의해 퍼지는 것 yumy.tistory.com 앞선 포스팅에서 전자기파인 X선이 전자에 의해 산란되는 것을 파동방정식으로 일반화 하였다. 하지만 우리가 실질적으로 물질에 대해 생각할 때는 전자 1개가 아닌 원자의 단위에서 생각할 필요가 있다. 원자와 전자밀도함수의 정의 물질을 자세히 분해해보면 수많은 결정이 복잡하게 결합된 Bulk상태에서, 원자가 입자립 내에서 정돈된 Crystal 상태, 더 확대하면 원자핵과 전자로 이루어진 atom의 상태로 해석할 수 있다...

1. 사인 함수의 수학적 접근 (복습) 일반적으로 파동이 sin함수의 형태를 가지는 형태로 분리된다면 이를 조화파(harmonic wave)라고 한다. 단순히 사인함수로 분해된다는 의미 말고도 이는 파형이 매우 규칙적이고 해석하기 상대적으로 유리하다는 의미이기도 하다. 이러한 조화파는 단순히 음파를 넘어서 전자기학, 고체물리에서도 자연의 현상을 설명하기 위해 많이 응용된다. 이러한 조화파를 수학적으로 해석하기 위해서는 sin(x)함수를 자유롭게 사용할 수 있어야 한다. sin(x)함수의 가장 기본적인 특징을 정리하자면 다음과 같다. 함수에 포함된 상수들은 위와 같은 관계식을 가지는데 이는 sin(x)함수에도 그대로 적용된다. 가장 기본적인 sin(x)의 파형은 다음과 같은데 상수에 따라 아래와 같이 다양..

0. 재료의 이론적 파괴 강도 재료 내에 존재하는 Repulsion & Attraction force에 의해 net force가 결정된다. 위의 net force 그래프를 파장 람다를 가지는 사인함수로 간략화 하여 변형률과 E, a만으로 이를 유도한다. 이를 통하여 얻어진 최종적인 강도는 다음과 같이 근사한다. 1. 취성 파괴에 따른 Griffith, Orowan 이론 1) 재료 내에 응력 집중부가 존재한다고 가정하고, 이 국부지역에서 이론 응력값에 도달 (균열의 성장) No plastic deformation → brittle한 재료 2) 파괴가 일어나는 조건은 균열의 성장에 의하여 감소되는 탄성 변형에너지와 새로운 파면 형성에 의하여 증가하는 표면에너지의 관계에 의해 결정 이라는 전제 하에 재료의 국..

0. 전위에 의한 힘과 격자마찰응력 전위에 의해서 slip이 일어나는 경우에 이동을 만드는 driving force는 대부분 응력에 의한 것이다. 이때 전위들이 받는 힘들에 의해 많은 연관관계가 생기는데, 특히 각 전위가 받는 힘이 중요해진다. 위의 그림과 같은 Edge 전위가 있다 가정했을때 dislocation width에 따른 변화를 생각해보자. extra half plane에 의해 각 원자들은 화살표 방향으로 힘을 받게 된다. 전위의 폭(w)이 작아짐에 따라 계면 에너지가 줄어들고(안정해지고), 단위길이당 받는 힘이 강해지기에 탄성변형 에너지가 커지게 된다. Peierlas-Nabarro응력 계산식을 바탕으로 Simple Cubic에서 Edge 전위가 움직이는데 필요한 전단응력을 계산할수 있다. ..

0. 소성변형의 원리 및 임계 분해 전단 응력 소성변형은 재료가 버텨낼 수 있는 한계 이상으로 힘이 가해져 변형되는 것을 의미한다. 원자단위의 변형이기에 다시 돌아오지 않으며 재료마다 특징이 다르다. 어느 수준 이상으로 재료에 힘이 가해지면 가장 원자가 많이 채워진 면을 중심으로 미끄러지며 변형이 일어나는데 이를 Slip이라고 한다. 대부분의 소성 변형이 이러한 Slip에 의하여 발생한다. 하지만 Slip이 일어나기 힘든 배열 상태이거나 온도가 낮은 경우 Slip이 일어나지 못하는 경우가 있다. 이때는 Slip대신 twin이 발생한다. Twin은 쌍둥이라는 의미 그대로 기준면을 중심으로 맞닿는 두면이 똑같다. 즉 기준면이 거울면으로 작용한다. 하지만 일반적인 인장실험에서 모든 슬립계에 대한 전단힘을 고려..