물리전자_#6.드리프트 속도,케리어 이동도

오늘 다룰 내용은 '드리프트 속도'와 '케리어의 이동도' 입니다.

 

케리어란 반도체에서 전류를 흐르게 해주는 놈들이였죠? 정공 또는 자유전자요!!

근데 이놈들이 전기장이 라는 외부힘이 작용됐을때 어떻게 속도가 변하는지 그걸 알아볼 겁니다

 

 

저는 항상 무언가를 왜 배우는지 아는게(목적?) 중요하다고 생각합니다

그래서 이번 시간에는 좀 돌아가더라도 배경을 설명할까 합니다

지금 다루는 내용은 물리전자이지만 전자회로의 내용과..나아가 반도체와 결국 다 이어지는 겁니다.

 

저희가 아는 소자들이 무엇이 있을까요??

다이오드, BJT, MOSFET...각 소자들에 대해서 배우죠

이것들을 마구마구 조합해서 저희가 아는 핸드폰에 들어가는 놈들을 만드는 거구요

 

바로 이 다이오드,BJT등..놈들은 P와N형을 어떻게 조합하느냐에 따라 나눠진겁니다.

(물론 그에따라 하는 역할도 다르겠죠)

 

결국 저희는 P와N을 접합하면 그 사이에서 케리어들이 어떻게 움직이는지 그 안에서 무슨일이 

벌어지는지 수학적,물리적으로 공부하는게 바로 '물리전자'를 공부하는 이유입니다

 

 

이제 본론으로 들어 가보겠습니다!!

 

평온한 반도체 세상에 전기장이라는 외부힘이 가해지면 캐리어들은 이에 영향을 받습니다

이때의 움직임을 '드리프트'라고 합니다

 

즉,쉽게 말해 전기장에 의한 케리어의 움직임이죠

 

이때의 속도를 드리프트 속도 (Drift Velocity)라고 합니다

 

케리어들이 움직이기 시작합니다 그러면 어딘가에 충돌이 있겠죠 -> 이를 산란됐다고 하겠습니다

빠르게 움직이던 놈들이 어딘가에 부딪치면 운동량은 줄어 듭니다

 

 

 

충돌에 의해 케리어가 잃은 운동량 = p = mv ( v는 드리프트 속력)으로 표현합니다

이를 시간에 대해서 미분하고 식을 정리하면,

드리프트 속력에 대한 식이 위에처럼 나옵니다

 

전기장을 제외한 나머지 항을 위와 같이 정리 합니다. 

그러면 V(drift)는 전기장에 비례함을 볼수 있습니다

그리고 그 비례상수는 U이며 이를 이동도(mobility)합니다

 

이는 전기장(외부힘)에 따른 속도이기 때문에 단위는 [V/E] = [(cm/s)/(v/cm)] = [cm^2/ V*s] 입니다

 

이번장에서는 외부 전기장이 작용 했을때 케리어들이 어떻게 움직이는지에 대해서 말했습니다

 

정리하면 외부힘이 작용하면 케리어들은 전기장에 비례하며 속도가 올라가고 충돌도 합니다

이때의 속도를 드리프트 속도라 합니다

그리고 비례상수를 이동도(mobility)라고 합니다

(이동도가 높다는건 더 빠르다는 거겠죠??)

 

+보통 전자의 이동도가 정공의 이동도 보다 높습니다

 

 

+케리어들이 빨라지다 보면 충돌한다고 했는데 그 원인이 무엇일까요??

 충돌을 하면 이동도는 떨어지겠죠??

 충돌정도에 영향을 주는 요인에는 무엇이 있을까요??

 그 요인들에 따른 충돌정도는 비례할까요 반비례할까요??

 

이어서 다음장에서 이 질문들에 대한 답을 다뤄보겠습니다