Semiconductor (2)

3. Current Flow in Semiconductors

3.1 Drift Current

전계(E)가 형성이 되면 hole은 전계 방향으로 전자는 전계 반대 방향으로 이동한다.

$$V_{p-drift} = \mu_pE$$ 

$$V_{n-drift} = -\mu_nE$$

μ: mobility

3.2 Diffusion Current

전자와 Hole의 농도 차이에 의해 전류가 생성된다.

3.3 Relationship betwwn D and μ

Diffusion constant와 mobility  사이는 아래와 같은 수식이 적용된다. 아래 수식은 Einstein relationship이랜다.

$$\frac{D_{n}}{\mu_{n}}=\frac{D_{p}}{\mu_{p}}=V_{T}$$

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4. The pn Junction with Open-Circuit Terminals (Equilibrium)

4.1 Physical Structure

4.2 Operation with Open-Circuit Terminals

Diffusion → Depletion Region → Drift

Diffusion

• 농도 차이로 인해 p-type에 있는 hole이 n-type으로 넘어가고 n-type에 있는 전자가 p-type으로 넘어간다.
• Carrier의 흐름으로 인해 Diffusion current가 발생한다.
• p-type의 hole과 n-type의 전자는 Majority Carrier 이다.

Depletion

• Diffusion 된 carrier들이 접합면을 지나가면서 빠르게 재결합한다.
• 재결합하면서 n-type에 있는 전자가 사라지고 (+)이온화가 되고 p-type에 있는 hole은 (-)이온화가 된다.
• 아래 그림 같이 접합면 부근에 Carrier가 없는 Depletion region(Space-charge region)이 생성 된다.

Drift

• n-type에 있는 minority carrier인 hole이 전계 (E)로 인해 p-type으로 넘어간다.
• p-type에 있는 minority carrier인 전자가 전계 (E)로 인해 n-type으로 넘어간다.
• 두 minority carrier는 온도에 의해 영향을 받는다. (온도가 높으면 많이 생성된다)

Diffusion 으로 인해 생긴 전류와 Drift로 생긴 전류가 동일하면 이 상태를 Equilibrium Condition 이라고 한다.

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5. The pn Junction with an Applied Voltage

p-side에 (+) n-side에 (-)를 연결해 주면 Forward Bais 라고 하고 반대는 Reverse Bias 라고 한다.

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