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상세한 풀이 과정, 깊이 있는 분석으로 반도체의 기본 지식을 익힌다!
이 책은 반도체의 기본 지식을 폭넓고 깊이 있게 학습하고자 하는 반도체 분야 전공자와 실무자를 위한 책으로, 반도체 물리와 소자에 대한 기초를 탄탄히 제대로 세울 수 있다.
이 책의 가장 큰 특징은 장마다 J=Q’Nv라는 일관된 컨셉을 중심으로 학습의 전체적인 구성과 흐름을 설명해 준다는 것이다. 이를 통해 학생들은 단순히 외우는 학습이 아닌 원리를 이해하는 방법을 배우게 될 것이다. 또한 수식의 의미를 잘 파악할 수 있도록 유도 및 풀이 과정을 자세히 설명하였으며, 눈에 보이지 않는 원자나 전자의 흐름을 상상할 수 있도록 컬러 그림으로 제시하여 직관적으로 반도체를 이해할 수 있게 하였다.
지은이 소개
강의 계획
지은이 머리말
강의 보조 자료
학습 로드맵
Chapter 01 고체의 원자 배열
이 장의 구성과 학습 내용
1.1｜반도체란? J=ΣQ'Nv
1.1.1 전기전도도(σ)에 따른 고체의 분류
1.1.2 반도체
1.2｜결정성 반도체
1.2.1 원자 배열의 주기성에 따른 고체의 분류
1.2.2 결정성 반도체
1.3｜주기적 원자 배열 구조
1.3.1 단위셀과 기본벡터
1.3.2 최소 단위셀과 최소 기본벡터
1.4｜고체의 결정 구조
1.4.1 단위셀의 형태
1.4.2 단위셀 내의 유효 원자수
1.5｜결정성 반도체의 방향 및 결정면
1.5.1 결정 내의 방향 표시 [pqs]
1.5.2 밀러 지수와 결정면 표시
1.6｜역공간 및 역격자
1.6.1 실공간과 역공간
1.6.2 역격자 공간
1.7｜결정 결함
: : 연습문제
Chapter 02 반도체 특성 이해를 위한 양자역학 기초
이 장의 구성과 학습 내용
2.1｜양자역학의 기초
2.1.1 왜 양자역학을 배워야 하는가
2.1.2 광전효과 실험
2.1.3 양자역학을 위한 기초개념
2.2｜슈뢰딩거 파동방정식
2.2.1 파동함수의 기본 가정
2.2.2 파동방정식과 파동함수
2.3｜슈뢰딩거 파동방정식의 응용
2.3.1 1차원 자유공간에서 전자의 특성
2.3.2 1차원 무한 에너지 장벽에 갇힌 전자의 특성
2.3.3 유한 에너지 우물에 갇힌 전자의 특성
2.3.4 계단형 에너지 장벽 구조에서 전자의 전파 특성
2.3.5 유한한 두께를 가진 에너지 장벽 구조에서 전자의 특성
2.4｜수소원자 모델: 3차원 파동방정식을 이용한 원자 내 전자의 특성
2.4.1 왜 수소원자 모델을 이해해야 하는가
2.4.2 수소원자 모델과 양자역학적 해석
2.5｜보어의 수소원자 모델과 준-양자역학적 해석
: : 연습문제
Chapter 03 에너지 대역 형성과 이동전하
이 장의 구성과 학습 내용
3.1｜허용 및 금지에너지 대역
3.1.1 크로니히-페니 모델
3.1.2 반도체 내에 존재하는 전자(E<ΔE)의 전파 특성과 E-k 관계도
3.1.3 주기적 원자 배열 구조와 역공간에서의 주기성 및 최소 단위셀
3.2｜전도 대역과 가전자 대역 : 전자와 정공의 정의
3.2.1 가전자 대역과 전도 대역
3.2.2 역공간의 E-k 관계도와 반도체의 특성
3.2.3 전계에 의한 드리프트 전류의 형성
3.2.4 E-k 관계도와 전자의 유효질량
3.2.5 가전자 대역 정공에 의한 전류
3.3｜에너지 밴드갭에 따른 고체의 분류
3.4｜허용에너지 상태밀도함수
3.4.1 허용에너지 상태밀도함수 g(E)
3.4.2 3차원 무한 에너지 장벽 내의 전자와 양자화
3.5｜전자 및 정공의 분포함수 f(E)
3.5.1 페르미-디랙 분포함수 fFD(E)의 유도
3.5.2 맥스웰-볼츠만 분포함수 fMB(E)
: : 연습문제
Chapter 04 열평형 상태 반도체 내의 이동전하
: 전자와 정공의 농도
이 장의 구성과 학습 내용
4.1｜전자와 정공 농도 : 의미와 표시 방법
4.1.1 열평형 상태의 전자와 정공의 분포
4.1.2 페르미 준위 EF
4.2｜순수 반도체와 고유 캐리어 농도
4.2.1 고유 캐리어 농도 ni
4.2.2 고유 페르미 준위 Ei(EFi)
4.3｜불순물 주입에 의한 전기적 특성 조절
4.3.1 전기적 특성 조절을 위한 불순물 주입
4.3.2 불순물 주입 반도체의 열평형 상태 전자와 정공 농도
4.4｜불순물의 이온화와 캐리어 농도
4.5｜불순물 주입 반도체의 전자와 정공 농도
4.5.1 반도체 내의 전하의 종류와 중성전하 조건
4.5.2 열평형 상태의 전자와 정공 농도
4.5.3 온도에 따른 불순물의 이온화와 다수 캐리어 농도 변화
4.6｜반도체의 불순물 농도와 페르미 준위
4.7｜페르미 준위의 공간적 분포 EF(x)
4.7.1 페르미 준위 EF(x)의 공간적 분포
: : 연습문제
Chapter 05 전하의 이동과 전류 형성
이 장의 구성과 학습 내용
5.1｜전계에 의한 드리프트 전류 : Jdrift
5.1.1 전계에 의한 전자와 정공의 드리프트
5.1.2 드리프트 전류의 형성과 이동도 Jdrift
5.1.3 드리프트 전류의 형성과 전기전도도
5.1.4 이동도의 온도와 불순물 농도 의존성
5.2｜농도기울기에 의한 확산 전류 : Jdiff
5.3｜드리프트-확산 전류 모델
5.4｜불균일 도핑 반도체의 내부 전계
5.4.1 불순물 농도 불균일로 인해 형성된 열평형 상태의 내부 전계 εbi
5.4.2 아인쉬타인 관계식：이동도와 확산계수의 관계
5.5｜홀 효과와 다수 캐리어 특성 측정
: : 연습문제
Chapter 06 과잉 캐리어와 연속방정식
이 장의 구성과 학습 내용
6.1｜과잉 캐리어의 생성과 재결합
6.1.1 열평형 상태의 반도체에서 캐리어의 생성과 재결합
6.1.2 비평형 상태에서 과잉 캐리어의 생성 및 재결합
6.1.3 과잉 캐리어의 생성 및 재결합의 예
6.2｜연속방정식 : 시간에 따른 농도 분포
6.3｜중성영역의 켤레전하 전송방정식
6.3.1 과잉 전자와 정공의 켤레전하 전송방정식
6.3.2 불순물 주입된 반도체의 켤레전하 전송방정식
6.3.3 과잉 캐리어의 확산방정식
6.3.4 켤레전하 전송방정식의 응용
6.4｜쇼클리-헤인즈 측정법
6.5｜유사 페르미 준위와 과잉 캐리어 농도
6.6｜결함 준위를 통한 생성과 재결합
6.6.1 결함 준위를 통한 캐리어의 생성 및 재결합
6.6.2 결함 준위를 통한 생성과 재결합 : SRH 생성-재결합
6.7｜계면 결함 준위를 통한 생성과 재결합
: : 연습문제
Chapter 07 반도체 접합의 형성과 에너지 대역도
이 장의 구성과 학습 내용
7.1｜반도체 접합의 종류
7.2｜pn 접합의 형성과 열평형 상태 에너지 대역도
7.2.1 에너지 대역도의 중요성
7.2.2 에너지 대역도 이해를 위한 기초
7.2.3 pn 접합의 형성과 열평형 상태 도달 과정
7.2.4 열평형 상태 에너지 대역도를 구하는 과정
7.2.5 열평형 상태의 공간전하영역의 폭과 최대 전계
7.2.6 디바이 길이와 공간전하영역 구분 가정의 타당성
7.3｜인가 전압과 pn 접합의 특성 변화
7.3.1 전압에 의한 pn 접합 특성 변화
7.3.2 pn 접합의 접합 정전용량
7.3.3 공핍 정전용량 변화를 이용한 기판 특성 분석 방법
: : 연습문제
Chapter 08 pn 접합 다이오드의 전류-전압 특성
이 장의 구성과 학습 내용
8.1｜pn 접합 다이오드의 DC 전류-전압 특성
8.1.1 중성영역의 소수 캐리어 농도 분포
8.1.2 중성영역 내의 과잉 캐리어 농도 분포
8.1.3 이상적인 pn 접합 다이오드의 전류-전압 특성
8.1.4 중성영역의 불순물 농도와 길이에 따른 전류-전압 특성
8.1.5 역방향 누설 전류와 물리적 메커니즘
8.2｜공간전하영역에서 생성과 재결합 전류
8.2.1 역방향 전압이 인가된 공간전하영역의 열생성에 의한 누설 전류
8.2.2 순방향 전압이 인가된 공간전하영역의 재결합 전류
8.2.3 공간전하영역에서 재결합을 고려한 순방향 전류-전압 특성
8.3｜pn 접합 다이오드의 역방향 접합 붕괴 현상
8.3.1 눈사태 접합 붕괴
8.3.2 제너 접합 붕괴
8.3.3 침식 접합 붕괴
8.4｜pn 접합 다이오드의 소신호 등가회로
8.5｜전하 제어 모델과 과도 응답 특성 해석
8.5.1 과잉 캐리어 축적과 스위칭 특성 해석을 위한 전하 제어 모델
8.5.2 p+n 다이오드의 차단시 과도 응답 특성 해석
: : 연습문제
Chapter 09 금속-반도체 접합과 반도체 이종 접합
이 장의 구성과 학습 내용
9.1｜금속-반도체 접합의 종류와 전기적 특성
9.2｜정류형 금속-반도체 접합 : 쇼트키 접합
9.2.1 금속-n형 반도체로 이루어진 n형 쇼트키 접합의 에너지 대역도
9.2.2 열방출 이론에 의한 쇼트키 다이오드의 전류-전압 관계식
9.2.3 n형 쇼트키 접합과 p+n 접합의 비교
9.3｜옴성 금속-반도체 접합
9.4｜반도체 이종 접합과 전기적 특성
9.4.1 반도체 이종 접합이란?
9.4.2 에너지 대역도를 그리는 방법
9.4.3 에너지 대역도를 통한 전자와 정공에 대한 에너지 장벽의 이해
9.5｜이종 접합의 과잉 캐리어 농도 분포
9.6｜이종 접합 다이오드의 전류-전압 특성
: : 연습문제
Chapter 10 바이폴라 트랜지스터의 전류-전압 특성
이 장의 구성과 학습 내용
10.1｜바이폴라 트랜지스터의 구조와 동작 원리
10.1.1 역방향 전압이 인가된 pn 접합 다이오드의 역방향 전류
10.1.2 역방향 전압이 인가된 pn 접합의 역방향 전류 조절
10.1.3 pn 접합 2개로 구현된 바이폴라 트랜지스터의 구조와 동작
10.2｜중성영역의 과잉 소수 캐리어 농도 분포
10.3｜바이폴라 트랜지스터의 전류-전압 특성
10.3.1 바이폴라 트랜지스터의 전류 구성성분
10.3.2 npn 바이폴라 트랜지스터의 순방향 능동 동작 전류
10.3.3 바이폴라 트랜지스터의 전류 증폭률
10.3.4 바이폴라 트랜지스터의 전류 증폭률을 지배하는 요소
10.3.5 바이폴라 트랜지스터의 콜렉터, 베이스, 에미터 전류의 해석적 모델
10.4｜실제 바이폴라 트랜지스터의 전류-전압 특성
10.4.1 베이스폭 변조효과와 콜렉터 전류 변화
10.4.2 베이스 저항으로 인해 에미터 전류가 모서리로 붐비는 현상
10.4.3 불균일하게 도핑된 베이스에 형성된 내부 전계와 전기적 특성의 변화
10.4.4 큰 콜렉터 전압에 의한 콜렉터 전류 붕괴
10.5｜바이폴라 트랜지스터의 등가 모델
10.5.1 에버스-몰(Ebers-Moll)의 결합 다이오드 모델
10.5.2 ac 특성 분석에 사용되는 소신호 등가회로 모델
10.5.3 스위칭/과도 응답 특성 해석을 위한 전하 제어 모델
: : 연습문제
Chapter 11 MOS 구조의 전기적 특성
이 장의 구성과 학습 내용
11.1｜MOS 구조의 전기적 특성
11.1.1 접합을 이루기 전 MOS 구조를 이루는 각 영역의 특성변수
11.1.2 열평형 상태인 MOS 구조의 에너지 대역도
11.1.3 금속 게이트를 사용한 n-MOS 구조의 에너지 대역도
11.2｜전압이 인가된 MOS 구조의 에너지 대역도
11.2.1 공핍 상태의 전압이 인가된 MOS 구조의 에너지 대역도
11.2.2 기판영역의 표면 전위와 MOS 구조의 전기적 특성
11.2.3 에너지 대역도와 반도체 기판영역의 캐리어 농도 분포
11.2.4 n-MOS와 p-MOS 구조의 에너지 대역도 비교
11.3｜기판영역의 2차원 표면전하량 QS
11.3.1 표면 전위에 따른 표면전하량의 변화
11.3.2 게이트 전압에 의한 표면 전위 변화와 동작 상태의 구분
11.3.3 표면 전위 변화에 따른 동작 상태의 구분과 표면전하
11.3.4 게이트 전압에 의한 기판 표면전하량의 변화와 드레인 전류의 관계
11.4｜MOS 구조의 임계 전압과 일함수
11.4.1 MOS 구조의 임계 전압
11.4.2 온도에 따른 임계 전압 변화
11.5｜MOS 구조의 정전용량 변화(C-V) 특성
11.5.1 이상적인 MOS 구조의 C-V 특성
11.5.2 임계 전압보다 작은 게이트 전압이 인가된 경우 MOS 구조의 C-V 특성
11.5.3 임계 전압보다 큰 전압이 인가된 경우 C-V 특성
11.5.4 느린 게이트 주사 전압에 대한 C-V 특성
11.5.5 빠른 게이트 주사 전압에 의한 과도 공핍과 C-V 특성
11.5.6 N-MOS 구조의 C-V 특성의 예
11.5.7 산화막과 산화막/기판 경계면 전하와 C-V 특성
: : 연습문제
Chapter 12 MOSFET의 전류-전압 특성
이 장의 구성과 학습 내용
12.1｜MOSFET의 전류-전압 특성
12.1.1 MOSFET의 구조와 전류 관계식
12.1.2 선형영역 전류-전압 특성
12.1.3 포화영역 전류-전압 특성
12.2｜MOSFET의 전류-전압 관계식과 전달컨덕턴스
12.2.1 MOSFET의 입-출력 전달컨덕턴스 gm
12.2.2 MOSFET과 BJT의 특성 비교
12.3｜포화영역 채널길이 변조효과와 기판 전압 효과
12.3.1 드레인 전압에 의한 포화영역 채널길이 변조현상
12.3.2 기판 전압에 의한 임계 전압의 변화
12.4｜약한 반전 상태의 드레인 누설 전류와 기울기
12.5｜MOSFET의 소신호 등가회로 모델
12.5.1 MOSFET에 인가된 소신호의 크기
12.5.2 MOSFET의 소신호 등가회로
12.5.3 기생저항을 고려한 MOSFET의 소신호 등가회로 모델
12.5.4 게이트-드레인 커패시턴스와 밀러 효과
12.5.5 기생저항에 의한 전달컨덕턴스의 변화
12.6｜큰 드레인 전압이 인가된 MOSFET의 특성
12.6.1 큰 운동에너지를 가진 과열 전자
12.6.2 MOSFET의 눈사태 붕괴
12.7｜기생 BJT와 MOSFET의 전기적 특성
12.7.1 기생 BJT에 의한 드레인 전류 급반등 현상
12.7.2 CMOS에서 기생 BJT에 의한 드레인 전류 잠김 현상
12.8｜MOSFET의 특성변수 추출 방법
12.8.1 선형영역의 전류-전압 특성으로부터 채널 캐리어의 이동도 추출(μn)
12.8.2 전달 특성을 이용한 임계 전압의 추출
12.9｜MOSFET의 소형화로 인한 특성 변화
12.9.1 짧은 채널 MOSFET의 속도 포화와 드레인 전류의 변화
12.9.2 수직방향 전계에 의한 유효 이동도 변화
12.9.3 MOSFET의 소형화로 인한 임계 전압의 변화
12.9.4 MOSFET의 누설 전류
: : 연습문제
Chapter 13 접합형 전계효과 트랜지스터의 전류-전압 특성
이 장의 구성과 학습 내용
13.1｜접합형 전계효과 트랜지스터의 구조와 동작
13.2｜접합형 전계효과 트랜지스터의 전기적 특성
13.2.1 선형영역에서의 전류-전압 특성
13.2.2 포화영역에서의 전류-전압 특성
13.2.3 JFET/MESFET의 입출력 전달 특성
13.3｜짧은 채널효과
13.3.1 포화영역의 채널길이 변조효과
13.3.2 드레인 전압에 의한 유효 채널길이 변화와 채널길이 변조계수
13.4｜소신호 특성과 등가회로
13.5｜이종 접합 고이동도 전계효과 트랜지스터
: : 연습문제
Chapter 14 반도체 광소자
이 장의 구성과 학습 내용
14.1｜광검출 소자의 구조와 동작 원리
14.1.1 반도체의 광흡수와 과잉 캐리어의 생성
14.1.2 광전도 소자의 구조와 동작 원리
14.1.3 광다이오드의 구조와 동작 원리
14.2｜태양전지의 구조와 동작 원리
14.3｜발광 소자의 구조와 동작 원리
14.3.1 발광의 원리
14.3.2 발광 다이오드의 구조와 동작 원리
14.3.3 레이저 다이오드의 구조와 동작 원리
: : 연습문제
참고 문헌
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