물리전자_#10.PN접합(다이오드,공핍영역,내부전압)

이전까지는 P와N이 접합한 상태가 아닌 별개로 존재할때를 보았다.

-페르미레벨이란 전자가 발견될 확률이 1/2인 지점

-상태밀도와 페르미함수를 이용해 전자와 정공의 농도를 구할 수 있음

-열평형상태에서는 n*p=ni^2로 일정함, 전하 중성조건을 만족함

-전류는 전기장에 의한 드리프트전류와 농도차이에 의한 확산전류로 나뉜다

-외부에너지가 가해지면 캐리어의 생성이 생성되고 에너지가 끊기면 재결합이 일어난다

-외부에너지가 가해져 n*p>ni^2인 경우에 유사페르미 개념을 도입해 계산을 한다

...

 

이제 P와N형 반도체가 결합했을때 어떻게 되는지 보자

N형과 P형을 붙이게 되면 다음과 같은 일들이 순서대로 일어난다

 

1.N형에는 전자가 , P형에는 정공이 주캐리어로 존재함으로 농도차에 의한 '확산'이 일어난다

2.P형의 정공과 N형의 전자는 junction부분에서(맞닿아 있는) 결합을 하게 된다

3. 이 부근에서 결합에 의해 캐리어들은 없어진다 -> 공핍영역(depletion region)

4. junction부근의 전자를 잃은 N형은 +를 P형을 -를 띄게된다 -> 전기장 형성 ->드리프트전류

5. 확산과 전기장에의한 드리프트가 서로 반대 방향이며 평형을 유지한다 

 

즉,

두개가 접합하면서 확산이 일어나고 이에 의해 전위차가 발생한다

이 전위차 이상의 전압을 가해야 전류가 흐를것이다.

 

이때의 전위차를 내부전압(built-in potential)이라고 한다 대략 0.9v정도 된다

 

이를 구하는 과정은 다음과 같다

 

결과적으로 보면,

내부전압은 Na와 Nd의 농도에 결정된다는걸 알 수 있다!!

 

덧붙여,

포아송 방정식에 대해서 알아보자

 

가우스법칙을 응용해 포아송방정식을 구한다 

가우스법칙은 폐곡면을 통과하는 전기선속이 폐곡면속 전하량의 합과 같다는 법칙이다

 

이를 이용하면 다음과 같이 포와송 방정식을 구할 수 있다

포아송방정식이 가지는 의미는 반도체 내의 전하 밀도를 알면 -> 전기장 ,전압을 알 수 있다는 점이다