[A+자료] 반도체 물성과 소자 9~10장 정리

소개

전기화학 지식은 V=IR 밖에 몰라 인터넷, 책, 유튜브를 보면서 정리하며 공부해서 A+ 받았습니다. 구매하신 분들도 자료 참고하셔서 꼭 A+ 받으셨으면 좋겠어요.

강의를 들으면서 가장 어려웠던 부분인 MOS와 MOSFET 부분입니다. Operation mode 4가지, 실제와 이상적인 모델의 차이 등을 다뤘고, 식과 그래프에 손필기와 타자로 정리했습니다.

목차

1. 9장 금속-반도체 이종접합 및 반도체 이종접합
2. 10장 MOSFET의 기초

본문내용

< MOS vs. MOSFET >
• 우선 MOS 란 Metal-Oxide-Semiconductor 로 이루어진 접합물질을 말한다.
< MOS Capacitor Structure >
• 2-terminal = 2개의 전극을 지님
• 상단에 V_G (전압을 조절하여 컨트롤)
• 하단에 V_sub (주로 ground 처리)
• 검은 상단 부분 = 금속 혹은 도핑이 많이 된 Si의 사용도 무방하다 (Gate)
• ε_ox = 절연체로 주로 SiO2를 사용한다. 그 이유는 반도체 물질로서 사용하는 게 Si이고 이 물질이 산화되었을 때 SiO2가 나와 만들기 수월하기 때문이다.
• SiO2의 물리적 특성을 결정짓는 중요한 파라미터는 밴드갭과 ε_r이다.
< Energy Band Diagram >
• 이제 MOS에 대한 에너지 밴드 다이어그램을 그려보자.
• 먼저 x축 상에 MOS를 그리기 편하게 눕혀 놓고 이를 밴드 다이어그램으로 나타내면…
(Guidelines)
• 페르미 준위 E_F는 열평형 상태에서 전체 시스템을 통해 일정하다.
• 산화막에서 밴드 벤딩은 선형적이다 (oxide 에 전하 없음 -> ρ = 0 -> dE/dx = 0 -> E는 일정하다.
(반도체 내에서는 oxide 층에의해 캐리어 움직임이 막혀 전류 흐름이 발생하지 않는다)
• 가우스 법칙에서 실리콘 표면의 전계 E_si 는 산화막의 표면 전계 E_ox 와 연관되어 있다
• 이때 변하지 않고 고정되는 값; 산화막의 전자친화도 (Xi), 금속의 일함수 (©m), 실리콘의 전자친화도 (X)

• 이렇게 그려진 다이어그램을 살펴보면 ms junction 과 pn junction 처럼 에너지 밴드 벤딩이 생성되어 공핍영역이 형성됨을 확인 가능하다.
< Flat Band Voltage >
• 그렇다면 이 접합에 전압을 인가하였을 때 에너지 밴드가 어떻게 변하는 지 보자
• 만약 금속 부분에 전압을 일정 부분만큼 인가하면 Si의 에너지 밴드 벤딩이 완벽하게 사라지게 된다.
• 이때의 전압을 V_FB라고 부르고 이는 외부에서 전압을 인가하여 Si가 평평해지기까지 필요한 전압이다.
• 평탄대 전압 (Flat-band voltage) 은 반도체 내의 대역의 휘어짐이 없고 이 영역 내에 순간전하아 0이 되도록 인가된 게이트 전압이다. (V_FB = E_metalF - E_semiF)

참고자료

· 반도체 물성과 소자 4판