은 무엇입니까? PN 접합?

PN 접합은 다양한 반도체 소자를 구성하는 기본 부품으로 사용되는 반도체 구조물이다.

어떻게 되었나요?

서로 다른 도핑 공정을 사용하여 단단히 결합함으로써 P형 반도체 그리고 N형 반도체 특별한 전기적 특성을 갖는 접합을 형성하기 위해 직관적으로 말하면 P형 반도체와 N형 반도체를 동일한 반도체(보통 실리콘 또는 게르마늄) 기판 위에 만들고 그 교차점에 공간 전하 영역이 형성됩니다. PN 접합.

실리콘 평면 공정으로 PN 접합을 준비하는 주요 공정

PN 접합의 특별한 전기적 특성은 일방향 밸브처럼 단방향 전도성이라는 것입니다. 이는 순방향 전류만 통과시키고 역방향 전류는 통과하지 못하게 합니다.

PN 접합의 경계면에서는 P형 영역과 N형 영역의 캐리어 농도 차이로 인해 확산 운동이 발생합니다("확산 운동"에 대한 설명은 이전 기사 참조). N형 영역은 P형 영역으로 이동하고, 정공은 P형 영역에서 N형 영역으로 이동합니다. 이러한 방식으로, P형 영역은 더 많은 음전하를 갖게 되고 N형 영역은 더 많은 양전하를 갖게 되어 공간 전하 영역 또는 공핍층을 형성하게 됩니다. 이 영역에서는 캐리어가 부족하여 저항이 커집니다.

동시에, 공간전하 영역에서는 양전하와 음전하의 상호작용으로 인해 N형 영역에서 P형 영역으로 방향이 향하는 내부 전계가 형성된다. 이 내부 전기장은 확산 운동을 방해하고 표류 운동을 유발합니다. 즉, 내부 전기장의 작용으로 캐리어가 반대 방향으로 이동합니다. 결국 인가된 전압이 없으면 확산 운동과 드리프트 운동이 평형에 도달하고 PN 접합은 특정 내장 전위 또는 장벽 전압을 나타냅니다.

PN 접합의 형성 과정을 이해하기 위해 널리 사용되는 비유를 사용할 수 있습니다.

두 개의 방이 있는데, 하나는 풍선(구멍)이 많고 다른 하나는 다트(전자)가 많고, 두 방 사이에 문(인터페이스)이 있다고 가정합니다. 처음에는 문이 닫혀 있었고, 두 방의 풍선과 다트가 고르게 분포되어 있었습니다. 그런 다음 풍선과 다트가 방에서 방으로 자유롭게 이동할 수 있도록 문을 엽니다(확산 운동). 이런 식으로 풍선은 풍선이 많은 방에서 풍선이 적은 방으로 이동하고, 다트는 다트가 많은 방에서 다트가 적은 방으로 이동합니다. 그러나 이동 중에 풍선과 다트가 서로 충돌하여 폭발(복합)할 수 있습니다.

이런 식으로 문 근처에는 풍선이나 다트가 없는 빈 공간(공간 전하 구역)이 형성됩니다. 동시에, 두 방 모두에는 정전기력(내부 전기장)을 생성하고 더 많은 풍선과 다트가 문을 통과하는 것을 방지하는(드리프트 이동) 폭발 후 파편(이온)이 있습니다.

최종적으로 외력이 없는 상태에서 풍선과 다트의 움직임은 평형상태에 이르게 되고, 문 양쪽에 압력차나 위치에너지차(내장전위 또는 장벽전압)가 형성된다.

여기서 특별히 이해하지 못하는 경우, 특히 이러한 용어 중 일부에 익숙하지 않은 경우에는 중요하지 않습니다. 하나씩 설명하겠습니다.

층 고갈

공핍층은 PN 접합의 공간 전하 영역에 대한 또 다른 이름입니다. 왜냐하면 이 영역에서는 대부분의 캐리어가 고갈되고 움직이지 않는 이온만 남기 때문입니다.

공핍층의 폭은 일반적으로 수십 나노미터에서 수백 나노미터 사이이며 PN 접합의 중요한 부분입니다. 이 폭은 P 영역에서 N 영역까지의 거리를 말하며, 이는 종종 W로 표시되며, 주로 P 및 N 영역의 도핑 농도와 내장 전위에 따라 달라집니다. 일반적으로 도핑 농도가 높을수록 공핍층은 좁아집니다. 내장 전위가 클수록 공핍층이 넓어집니다.

내장 전기장

내장 전기장은 PN 접합의 공간 전하 영역에서 양이온과 음이온에 의해 생성되는 정전기장을 말하며 그 방향은 N 영역에서 P 영역으로 향합니다. 내장된 전기장은 캐리어에 방해 효과를 주어 확산 운동을 약화시키고 표류 운동을 향상시킵니다. 내장된 전기장은 PN 접합이 단방향 전도성을 갖는 이유 중 하나이기도 합니다.

배리어 전압

장벽 전압은 내장 전위 또는 접촉 전위라고도 알려진 PN 접합의 공간 전하 영역 두 끝 사이의 전위차를 나타냅니다. 장벽 전압은 평형 상태에 있는 PN 접합의 에너지 준위 차이를 반영합니다.PN 접합을 통해 캐리어가 극복해야 하는 에너지 장벽을 결정합니다. 일반적으로 도핑 농도가 높을수록 장벽 전압은 작아집니다. 온도가 높을수록 장벽 전압은 작아집니다.