고려대 재료전자기물성 설계과제

소개글

2013년 고려대학교 재료전자기물성(변동진교수님) 과목 설계과제입니다. (A+소스)

목차

1. 문제 분석
(1) 목표
(2) 조건
(3) 사용될 개념

2. 이론적 배경
(1) 외인성 반도체(extrinsic semiconductor)의 전기전도도
(2) 운반자 이동도(carrier mobility)의 불순물 농도 의존성
(3) 비정상상태 확산(non-steady state diffusion)과 피크의 제2법칙
(4) 오차함수의 보간법

3. 풀이 전략

4. 문제 풀이

5. 결과 검산

6. 참고 문헌 및 출처

본문내용

외인성 반도체는 진성 반도체에 VA족 또는 IIIA족의 불순물 원자들이 치환형 불순물로서 첨가된 경우이다. VA족의 경우를 n형 외인성 반도체, IIIA족의 경우를 p형 외인성 반도체라고 한다. n형 반도체에서는 불순물 원자에 있던 결합되지 않은 여분의 전자가 약한 정전기적 인력에 의하여 불순물 원자 주위에 약하게 결합된다. 이 결합 에너지는 매우 작아서 전자는 쉽게 떨어져 나가 자유전자가 된다. (그림2.1) 이렇게 n형 반도체에서 불순물에 의해 하나의 전자를 전도대로 공급하는 유형을 도너(donor)라고 하는데 그림2.1에서 알 수 있듯이 도너 전자는 불순물 에너지 준위로부터 공급되므로 가전자대에 정공을 만들지 않는다.
실온에서 열에너지는 도너 준위로부터 수많은 전자를 전도대로 들뜨게 할 수 있으며 이 때 일어나는 약간의 진성 천이(excitation)의 양은 도너 전자에 비해 매우 적어서 무시할 수 있을 정도이다.

<중 략>

(1) 주어진 상황에서 소재가 n형인지 p형인지, 즉 주요 운반자를 결정한다. (불순물의 종류에 의해 결정)
(2) 주요 운반자의 농도를 결정한다.
(2-1) 임의의 운반자농도(=불순물농도)를 가정한다.
(2-2) 주어진 전기전도도를 이용하여 가정한 운반자농도에서의 운반자이동도를 계산한다.
(2-3) 계산된 운반자이동도 값과 가정한 운반자농도에서의 운반자이동도 그래프 측정값을 비교한다.
(2-3) 일치하지 않으면 일치할 때까지 시행착오를 반복한다.

<중 략>

Boron은 IIIA족 원소이므로 Si에서 억셉터로 작용하고 따라서 소재는 p형이며 주요 운반자는 정공이다. 그러므로 이론적 배경(1)에서와 같이 전기전도도는 정공의 농도와 정공의 이동도(mobility)에 대한 함수로 주어진다. 이 때 이론적 배경(2)에 따라 정공의 이동도 역시 정공의 농도(=억셉터 농도)에 대한 함수로 정해지므로, 몇 번의 시행착오를 수행해서 정공의 농도를 결정해야한다.

참고 자료

William D. Callister, 「Fundamentals of Materials Science and Engineering 3rd Edition」, Wiley.
William D. Callister, 「Materials science and engineering : an introduction 8th Edition」, Wiley.