원자(atom): 물질의 특성을 유지하는 원소 중의 아주 작은 입자 Bohr 원자 모델

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Electronics

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Yun SeopYu

1-1.원자의 구조(Atom)

원자(atom): 물질의 특성을 유지하는 원소 중의 아주 작은 입자 Bohr 원자 모델

원자핵( ) 양자 중성자 원자핵(nucleus): 양자 + 중성자 양자(proton): 양(+)로 대전된 입자 중성자(neutron): 비대전된 입자 중성자(neutron): 비대전된 입자

원자의 구성: 특정 수의 전자와 양자의 수를 갖는다

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참고자료: 주기율표(periodic table)

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1-1.원자의 구조

원자번호와 질량

원자번호(atomic number): 전기적으로 중성인 원자 속의 전자수 원자번 (a o c u be ) 전기적 중성인 원자 속의 전자수 주기율표: 원자번호와 질량 순으로 배열

중성상태: 모든 원소의 원자는 양자의 수와 동일한 전자 수를 갖으므로 전기적 중성

전자 각(shell)과 궤도(orbit)

전자: 핵으로부터 불연속적인 거리의 궤도에서 회전 Æ 불연속적인 에너지

Æ 불연속적인 에너지 에너지 레벨(energy level)

z 궤도:

원자핵으로부터 각각 불연속으로 떨어진 거리 - 원자핵으로부터 각각 불연속으로 떨어진 거리

Æ 특정에너지 준위에 대응

z 각(shell)으로 알려진 에너지대로 분류

z 개개의 각은 허용된 에너지 준위에서 한정된 수의 최대전자를 갖음

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1-1.원자의 구조

각(shell) 내에 전자의 수

N

N

z

N

n

K

L

M

주어진 원자 내의 모든 각은 최외각을 제외하고 전자가 완전히 채워져야 함 주어진 원자 내의 든 각은 최외각을 제외하 전자가 완전히 채워져야 함

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1-1.원자의 구조

가전자 (Valence)

가장 높은 에너지 준위를 갖는 전자 최외각( t t h ll)에 존재

z 최외각(outermost shell)에 존재

z 인력 최소

가전자각(valance shell): 최외각 가전자각(valance shell): 최외각 가전자: 최외각에 존재하는 전자

z 화학적 반응

z 전기적 특성

이온화 (Ionization) 이온화 (Ionization)

가전자가 충분한 에너지 획득 Æ 최외각 이탈 (자유전자: free electron) Æ (+) 전하증가 Æ 양이온

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1-2. 반도체, 도체 및 절연체(Materials used in electronics)

원자의 구성 : 가전자각, 코어(core; 내부각, 핵)

도체(Conductor) - 전류가 흐르는 물질

동 (Cu), 은(Ag), 금 (Au) 및 알루미늄 (Al) 등 느슨하게 묶인 가전자들의 이동 Æ 전류 생성 느슨하게 묶인 가전자들의 이동 Æ 전류 생성

절연체(Insulator) – 전류가 흐르지 못하는 물질 절연체(Insulator) 전류가 흐르지 못하는 물질

반도체(Semiconductor) - 전류를 흘릴 수 있는 능력을 가진 도체와 ( ) 능 절연체 사이에 존재하는 물질

Si, Ge, C, GaAs,

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1-2. 반도체, 도체 및 절연체

( )

에너지대 (Energy band)

Energy gap: 가전자가 가전자대에서 전도대로 이동하기 위해 필요한 에너지 양 전도대(Conduction band): 전도대에 들어간 전자는 물질 내를 자유롭게 움직일 전도대(Conduction band): 전도대에 들어간 전자는 물질 내를 자유롭게 움직일 수 있는 자유전자가 됨

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1-2. 반도체, 도체 및 절연체

도체 원자와 반도체 원자 비교

Si Cu

원자가 14 29

원자가 14 29

코어(양자, 전자) +4 (14, -10) +1(29, -28)

인력 Large g Small

Si과 Ge

4개의 가전자

Si (3번째 각). Ge (4번째 각) Æ Ge에 적은 에너지 필요 Æ 온도 ↑: Ge 불안정

Æ 온도 ↑: Ge 불안정

Si 이 반도체 물질로 많이 사용

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1-2. 반도체, 도체 및 절연체

공유결합(covalent bond)

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1-3. 반도체내에서의 전류(Current in semiconductors)

여기되지 않은 실리콘 원자의 에너지대 다이어그램

절대온도 0K인 경우 절대온도 0K인 경우

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1-3. 반도체내에서의 전도

( )와

전도 전자 (Conduction electron)와 정공(hole)

주위에서 충분한 열에너지를 받으면 주위에서 충분한 열에너지를 받으면 실리콘 원자의 일부 가전자가

가전자대와 전도대 사이의 에너지 갭을 뛰어 넘을 충분한 에너지를 갭을 뛰어 넘을 충분한 에너지를 얻으면 자유전자 발생

Æ이 자유전자를 전도전자라 함

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1-3. 반도체내에서의 전도

전자전류(electron current)와 정공전류(hole current)

전자전류: 자유전자들의 이동 Æ 전류 정공전류: 정공들의 이동

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1-4. n형, p형 반도체(N-type and P-type semiconductors)

도핑 (doping)

순수 반도체에 불순물을 넣어 전자 또는 정공의 수를 증가 시키는 과정

수를 증가 시키는 과정 전도성 증가

형 반도체(N t i d t ) 전자의 n형 반도체(N-type semiconductor)- 전자의 수를 늘리기 위해 5가의 불순물 원자 첨가:

As, P, Bi, Sb Æ 도너 원자 (donor atom)

소수반송자 (minority carrier): 정공

P형 반도체(P-type semicondutor)– 정공의 수를 늘리기 위해 3가 불순물 원자 첨가: Al, B In Ga Æ 어셉터 원자 (acceptor atom) B, In, Ga Æ 어셉터 원자 (acceptor atom)

다수반송자 (majority carrier): 정공, 소수반송자 (minority carrier): 전자

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1-5. PN 접합 (PN Junction)

접합 형성 PN 접합 형성

n 영역의 전자 Æ p영역으로 확산 (밀도차) Æ PN 접합 부근 정공에 들어감 Æ 공핍층 형성

공핍층(depletion region)

공핍(depletion): 전자가 접합을 넘어 확산됨에 따라서 PN 접합 부근 영역의 전하반송자 공핍(depletion): 전자가 접합을 넘어 확산됨에 따라서 PN 접합 부근 영역의 전하반송자 (전자 or 전공)이 결핍되는 현상 Æ 접합을 넘어 계속 움직이는 전자들의 장벽으로 작용 장벽전위(barrier potential ): 이 공핍영역 양단의 장벽을 넘어 전자들이 움직이는데 요구되는 에너지 양 (전위차) Æ 바이어스 (bias)

요구되는 에너지 양 (전위차) Æ 바이어스 (bias)

z Si: 0.7 V, Ge: 0.3 V

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1-6. 다이오드 (Diode)

PN 접합의 에너지 다이어그램과 공핍 영역

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Homework

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