8.1 pn 접합 전류 / 기본 가정들

이제는 pn 접합 내에서 전하가 얼마나 흐르는지 계산 가능한 과정을 알아보도록 하겠다.

 

그에 앞서 이전에 다뤘던 내용을 살펴보면

 

zero bias / reverse bias / forward bias

 

- zero bias

열평형 상태의 pn junction은 에너지 밴드 다이어그램에서 수평한 $E_{F}$를 갖는다. 이때 전위 장벽($qV_{bi}$)이 생성되며 전자와 홀의 이동을 막는다.

 

- reverse bias

reverse bias가 걸리면 p 영역에는 - 전압이, n 영역에는 + 전압이 인가된다. 따라서 페르미 준위도 $E_{Fp}$ 와 $E_{Fn}$ 2가지로 변동이 된다. 이때 둘 사이의 거리는 $V_{R}$ 만큼 추가되어 전위 장벽($q(V_{bi} + V_{R})$)이 더 높아져 전자와 홀의 이동이 불가능하다. (= 전류가 잘 흐르지 않는다.)

 

- forward bias

forward bias가 걸리면 p 영역에는 + 전압이, n 영역에는 - 전압이 인가된다. 따라서 페르미 준위는 $E_{Fp}$ 와 $E_{Fn}$ 2가지로 변동된다. 이때 둘 사이의 거리는 $V_{a}$ 만큼 감소되어 전위 장벽($q(V_{bi} - V_{a})$)이 낮아져 전자와 홀의 이동이 가능하다. (= 전류가 발생한다.)

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이상적 diode analysis : assumption

 

- Non - degenerately doped step junction, depletion approximation

=> 도핑농도가 매우 높지 않고 적당한 수준의 pn junction + 도핑 농도가 위치에 대해서 일정한 junction + depletion approximation

 

- Boltzmann approximation

=> 볼츠만 상수 사용 = 도핑농도가 높지 않은 경우만 사용하는 것임을 이야기한다.

(도핑 농도가 높은 경우에는 볼츠만 상수가 사용 불가능하다.)

 

- Low - level injection conditions prevail in the quasi - neutral regions

=> forward bias 인가시 기존의 major carrier 농도에서 크게 벗어나지 않는 선에서 전압 인가.

(너무 많은 추가 캐리어 생성을 하지 않기 위해서)

 

- Recombination - generation negligible in the depletion region

=> depletion region에서 재결합 & 생성은 고려하지 않는다. (원래는 재결합과 생성을 하지만, 수식 과정 단순화를 위해 우선적으로 무시한다.)

 

- Steady - state conditions ($\frac {\partial n}{\partial t} = 0$ , $\frac{\partial p}{\partial t} = 0$)

=> $J_{n}$ & $J_{p}$ 는 depletion region 내에서(위치에 대해서) 일정하다.

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n & p & depletion region 모두 일정한 $J_{total}$ 을 지닌다.

 

그러므로 p 혹은 n 영역에서 $J_n$ 혹은 $J_p$ 가 어떤 함숫값을 갖게 된다면, $J_{total} - J_{n} = J_{p}$ 혹은 $J_{total} - J_{p} = J_{n}$ 으로 구할 수 있다.

따라서 어느 한쪽만 값을 구하게 되면 반대쪽 값은 자동으로 구해짐을 확인 가능하다.

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마지막으로, 앞으로의 내용에서 나올 용어들에 대한 뜻을 보이며 이번 장은 마무리하겠다.

이 장에서 통상적으로 사용하는 항들과 표기법