Oxide가 끼어있는 metal과 p-type semiconductor의 contact, Gate voltage(+,-)에 따른 Energy band의 변화
<반도체백과사전> Schottky contact, Ohmic contact, Fermi level pinning.
반도체를 공부하면 기본적으로 알아야 하는 Schottky contact, Ohmic contact, Fermi level pinning에 대해 간단히 정리해보자. <용어정리> ① work function: 일함수. 여기서는 간단히 Vacuum level과 Fermi lev..
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↑Schottky, Ohmic contact을 안다는 가정하에, 오늘 가져온 포스팅은 바로바로 반도체의 꽃, MOS(Metal Oxide Semiconductor)의 Gate voltage의 변화에 따른 Energy band diagram을 이해해보는 것! 나도 처음엔 이해하기 힘들었는데 하나하나 차근차근 그려보니 나름 재밌기도 하고 쉽다! 쉽게 설명했으니 잘 따라오시도록~
<반도체백과사전> Moss-Burstein Effect (Band-filling effect)와 micro-LED.
Moss-Burstein Effect (Band-filling effect) Moss-Bursten effect라고 하면 뭔가 전문용어같고 생소하지만, 동의어인 "Band-filling" 이라고 하면 그나마 이해하기 편하다. 풀어서 해석하면 Band가 채워진..
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들어가기 전에 이해해야 할 개념! "Moss-Burstein Effect" 포스팅에서 설명했던 "Degeneracy"에 관한 에너지 밴드 변화를 간단히 정리하고 넘어가자.
Degeneracy, high doping
위와 같이 n-type semiconductor의 경우, Fermi level이 ① Conduction Band에 가깝게 위치한다. 여기서 ②전자를 도핑 해주면 페르미 레벨이 상승하게 되고, ③더더더 과도핑해주면 Conduction Band 위까지 상승하게 된다. 이를 Degeneracy라 한다.
MOS의 Energy Band according to Applied Voltage(+,-)
Oxide가 끼어있는 MOS(Metal Oxide p-type Semiconductor)의 밴드 그림을 그려보았다. 주로 n-type으로 하니까 이번엔 p-type으로 그려보았음!
1. Gate Voltage < 0
Gate에 음의 voltage를 인가해준 상태를 먼저 살펴보자.
oxide가 음의 전하를 띠면 p-type semiconductor에 존재하던 hole들은 인력(attraction)에 의해 계면으로 끌려오게 될 것이다. 그럼 계면에 hole이 축척(accumulation) 되겠지? 따라서 Band bending 현상이 위와 같이 일어나게 된다.
여기서 하나 주의해야 할 점은 oxide의 Energy Band 또한 기울어진다는 것! 나도 깜빡할 번 했다. ㅋㅋ
아래에 초록색으로 표시했는데, 잘 보일지 모르겠지만 Fermi level과 Valence level의 차이를 이온화 에너지(Ionization Energy)라고 하는데, Band가 Bending 됨에 따라 계면에서의 이온화 에너지의 크기가 작아진 것(ΔE'⇒ ΔE'')을 볼 수 있다.
2. Gate Voltage > 0
반대로, 양의 voltage를 인가해주면?
양의 전하와 hole이 만났으니 척력(repulsion)에 의해 서로 밀어낼 테고, 그럼 oxide와 p-type semiconductor 사이에 공핍층(depletion region)이 생길 것이다. 캐리어의 농도가 줄어듦에 따라 fermi level은 Valence band로부터 더 떨어진 것 또한 관찰할 수 있다.
3. Gate Voltage >>0, Vg >> Vth
오늘 포스팅의 핵심! 그럼 Gate Voltage가 문턱전압(threshold voltage)을 넘을 정도로 커지면 어떻게 될까? 연두색 필기에 집중!
이렇게 문턱전압을 넘을 정도로 큰 양의 전압을 가해주면 Thermal excitation이 일어난다! 그러니까, valance band 아래에 존재하던 전자들이 마구 끌려서 conduction band로 올라온다는 것!!
그러면, 공핍층이었던 영역은 전자로 채워지겠지? 이를 n-type으로 Inversion이라 부르고 이 inversion region이 우리가 아는 Source와 Drain을 연결하는 Channel이 되는 것이다. 즉, p-type이었던 background가 n-type으로 전환된다는 것!
요것이 바로 반도체의 on/off 기능을 담당하는 Transistor의 근본적 개념!
한눈에 볼 수 있는 필기로 정리하면 아래 필기 참고~
요 필기를 차근차근 읽고 마지막 필기를 한눈에 이해할 수 있다면 훈드위치 목표 달성! 요렇게 공부하니 나름 재밌당.
- 끝 -
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