pn junction 에너지밴드

소개

pn junction의 에너지 밴드

목차

1. p-n Junction의 정성적 설명
2. p-n Junction의 정량적 설명
3. p-n Junction의 동작 모드
4. p-n Junction Diode의 I-V 방정식
5. Bias Voltage 크기에 따른 p-n Junction Diode의 동작 상태 설명

본문내용

PN 접합이란 반도체 내부에서의 불순물의 종류와 비율에 따라 P형과 N형으로 나뉘게 되는데, 이들을 접합시킨 것이 PN 접합이다. 이 PN 접합은 PN 다이오드로써 쓰이게 되는데, 그 이유는 PN 접합 상태에서 외부 전압 V를 인가하게 되면 한쪽에서는 전류가 잘 흐르지만 다른 쪽에서는 전류가 잘 흐르지 못하는 정류작용이 나타나게 된다. 이러한 특성이 다이오드로서 쓰기 적절한 조건이 되기 때문이다.

그렇다면 우리가 반도체의 성질을 분석하기 위해서는 에너지밴들 가장 우선시 하기 때문에 PN 접합을 하게 되면 에너지 밴드가 어떻게 생기게 될지 유추해보자. 먼저 각각의 P와 N은 도핑 되어 있는 상태를 유지하게 되는데 그 도핑의 농도에 따라 페르미 레벨 EF 의 위치가 달라지게 된다. 즉, 전자의 농도의 식인 을 통해 도핑농도를 알면 컨덕션 밴드 EC와 페르미 레벨 EF의 차이를 알아낼 수 있게 된다. 마찬가지로 홀의 농도도 구할 수 있게 된다. 이를 유추해보면 도핑농도가 많을수록 페르미 레벨은 컨덕션 밴드와 밸런스 밴드에 더 근접하게 된다. 이렇게 N형과 P형에서의 페르미 레벨을 유추하였으면, 페르미 레벨을 그려보면, 현재 PN 접합은 외부 전압이 인가되지 않은 상태이기 때문에 Thermal Equilibrium 상태이다. 따라서 페르미 레벨은 수평 상태로 연결되어 있으므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

이와 같이 N형과 P형사이에는 밴드의 휘어짐이 발생하게 되는데 이 영역을 Delpletion 영역이라고 한다. 이 휘어짐을을 에너지 장벽이라고도 하는데, 전자들은 에너지 장벽을 넘어가기 위해서는 외부 전압을 필요로 하지만 그러하지 못해 전자가 더 이상 이동이 불가하게 된다. 이를

다르게 표현하면 전자가 Diffusion에 의해 N에서 P로 가려하지만 Depletion 내부에 전자와 정공들의 재결합으로 인해 남은 도너와 어셉터의 Fix Charge들이 존재하여 +에서 –로 내부적으로 E-field를 형성하게 된다.

참고자료

· 없음