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[물리전자2] 과제4 요약 과제 Zener effect부터

Solid State Electronic Devices By Ben Streetman & Sanjay Banerjee Seventh Edition (2016) 책을 기반으로 한 광운대학교 물리전자2 수업의 네번째 과제입니다. Zener effect부터의 내용을 담았습니다. 해당 과제물들과 함께 A+를 받은 자료입니다. 이미지 자료와 내용을 가득 담았으니 활용하시기 좋을겁니다.
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최초등록일 2023.12.21 최종저작일 2023.10
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[물리전자2] 과제4 요약 과제 Zener effect부터
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    소개

    Solid State Electronic Devices By Ben Streetman & Sanjay Banerjee Seventh Edition (2016)
    책을 기반으로 한 광운대학교 물리전자2 수업의 네번째 과제입니다.

    Zener effect부터의 내용을 담았습니다.
    해당 과제물들과 함께 A+를 받은 자료입니다.
    이미지 자료와 내용을 가득 담았으니 활용하시기 좋을겁니다.

    목차

    1. Figure 5-20 The Zener effect
    2. Figure 5-21 Electron-hole pairs created by impact ionization
    3. Two requirements for the Zener effect to occur
    4. How to prevent the Avalanche Breakdown
    5. Figure 5-26 A breakdown diode
    6. Two basic types of capacitance associated with a junction : what is causing the capacitance under which bias condition?
    7. What is the total depletion capacitance at -8V? (Example 5-6) Solve the question considering: A=10-2cm2 & Na=2x1018cm-3 & Nd=3x1014cm-3
    8. Why Si is preferred over Ge for power rectifiers?
    9. To reduce the punch-through, what are generally done?
    10. In the fabrication of rectifiers, why a p+-n-n+ or a p+-p-n+ junction are used?
    11. What is the Schottky barrier? (in terms of current flow)
    12. Figure 5-40 & 5-41 A Schottky barrier formed by contacting an n-type & p-type semiconductor with a metal. Focus on the Фm & Фs.
    13. Figure 5-42 Effects of forward and reverse bias.
    14. What is the Ohmic metal-semiconductor contact? (in terms of current flow)
    15. Figure 5-43: Ohmic metal-semiconductor contact. Focus on the Фm & Фs.
    16. For hetero-junctions in the GaAs-AlGaAs system, the direct(T) band gap difference △Egr is accommodated approximately 4/5 in the conduction band and 1/5 in the valence band. For an Al composition of 0.2, the AlGaAs is direct with △Egr = 1.6eV. (Fig. 3-6) Sketch the band diagrams for two hetero-junction cases: N+-Al0.2Ga0.8As on n-type GaAs, and N+-Al0.2Ga0.8As on P+-GaAs. (Example 5-7)
    17. Identification of source of data

    본문내용

    1. Figure 5-20 The Zener effect
    In Reverse bias, the valence band on the p-side is higher than the conduction band on the n-side, resulting in a difference in Fermi levels. When an external voltage is applied, electrons that were in the valence band on the p-side escape and move to the conduction band on the n-side, causing current to flow in the opposite direction. This phenomenon is known as the Zener effect. Electron tunneling of this kind occurs more effectively when the transition region is narrow, requiring high doping levels on both sides. In this case, a significantly higher current flows in the reverse direction compared to I0, and this is referred to as breakdown. It demands relatively lower voltage compared to avalanche breakdown

    2. Figure 5-21 Electron-hole pairs created by impact ionization
    Impact ionization refers to the phenomenon where external energy applied results in the generation of electron-hole pairs.

    참고자료

    · 없음
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    • 1. Zener 효과 (Zener Effect)
      Zener 효과는 반도체 물리에서 매우 중요한 현상으로, 역방향 바이어스 상태에서 강한 전기장에 의해 전자-정공 쌍이 생성되는 터널링 메커니즘입니다. 이 효과는 Zener 다이오드의 기본 원리로 작용하며, 전압 조절 회로에서 필수적인 역할을 합니다. Zener 효과의 이해는 고정 전압 참조 회로 설계에 매우 유용하며, 실제 전자 장치에서 과전압 보호 기능을 제공합니다. 다만 Zener 효과는 상대적으로 낮은 항복 전압에서 발생하므로, 고전압 응용에서는 다른 메커니즘과의 상호작용을 고려해야 합니다. 현대 반도체 기술에서도 여전히 중요한 개념이며, 정밀한 전압 조절이 필요한 아날로그 회로 설계에 광범위하게 적용되고 있습니다.
    • 2. 충격 이온화 및 Avalanche 붕괴 (Impact Ionization & Avalanche Breakdown)
      충격 이온화와 Avalanche 붕괴는 고전압 반도체 소자의 동작 특성을 결정하는 핵심 메커니즘입니다. 강한 전기장에서 가속된 전하 캐리어가 원자와 충돌하여 새로운 전자-정공 쌍을 생성하는 이 과정은 눈사태 효과처럼 급격한 전류 증가를 야기합니다. 이 현상은 고전압 다이오드, MOSFET, 그리고 IGBT 같은 전력 반도체 소자의 항복 특성을 지배합니다. Avalanche 붕괴의 이해는 소자의 신뢰성과 안정성 설계에 필수적이며, 과도 전압 보호 회로 개발에 중요합니다. 다만 Avalanche 붕괴는 온도와 도핑 농도에 따라 크게 영향을 받으므로, 실제 응용에서는 이러한 변수들을 신중하게 고려해야 합니다.
    • 3. Schottky 배리어 (Schottky Barrier)
      Schottky 배리어는 금속과 반도체의 접합에서 형성되는 에너지 장벽으로, 기존의 p-n 접합과는 다른 독특한 특성을 제공합니다. Schottky 다이오드는 낮은 순방향 전압강과 빠른 스위칭 속도로 인해 고주파 및 고속 회로 응용에 매우 유리합니다. 이 배리어의 높이는 금속의 일함수와 반도체의 전자 친화력에 의해 결정되며, 이를 통해 다양한 특성의 소자를 설계할 수 있습니다. Schottky 배리어는 또한 MOSFET의 게이트 구조와 고주파 트랜지스터 설계에도 활용됩니다. 다만 역방향 누설 전류가 p-n 접합보다 크다는 단점이 있으므로, 저전력 응용에서는 신중한 선택이 필요합니다.
    • 4. 접합 정전용량 (Junction Capacitance)
      접합 정전용량은 반도체 접합의 공핍층에 저장된 전하로 인해 발생하는 현상으로, 회로 설계에서 매우 중요한 파라미터입니다. 역방향 바이어스 전압이 증가하면 공핍층의 폭이 증가하여 정전용량이 감소하는 특성은 가변 정전용량 다이오드(Varactor) 응용에 활용됩니다. 접합 정전용량은 주파수 응답, 스위칭 속도, 그리고 회로의 대역폭을 결정하는 중요한 요소입니다. 특히 고주파 회로 설계에서 접합 정전용량의 정확한 모델링은 회로 성능 예측에 필수적입니다. 다만 접합 정전용량은 온도, 바이어스 전압, 그리고 주파수에 따라 변하므로, 실제 설계에서는 이러한 의존성을 충분히 고려하여 회로를 최적화해야 합니다.
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      Ai 리뷰
      자료의 품질이 높고, 전문적인 내용이 많아 과제에 바로 활용할 수 있었습니다. 지식판매자에게 감사드리며, 계속해서 좋은 자료 부탁드립니다! 감사합니다.
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