PN 접합의 에너지 밴드 다이어그램
PN 접합을 자세하게 이해하려면 에너지 밴드 다이어그램과 공핍층의 구조를 아는 것이 중요합니다.
우선 첫 번째 가정으로 PN접합이 '계단 접합(Step Junction)'으로 가정해야 합니다. 계단 접합은 P층과 N층의 억셉터 농도와 도너 농도가 각각 균일하게 도핑되어 있음을 의미합니다.
두 번째로 가정할 것이 '열적평형상태에서는 단 하나의 페르미 준위(Fermi leve)만 존재한다.'는 것입니다. 이는 가정이 아닌 사실이지만 편의상 가정이라고 표현하겠습니다
두 가정을 빗대어 PN접합의 에너지 밴드 다이어그램을 그려보면,
위 그림처럼 그려지게 됩니다.
여기서 EF는 페르미 준위를 의미합니다. 페르미 준위(Fermi leve)는 전자가 반도체 내에서 위치한 위치에너지, 열운동 에너지를 합친 값으로 전자가 존재할 가능성이 가장 높은 범위를 말합니다.
EC는 전도 대역의 최소 에너지를 의미합니다.
EV는 가전자 대역의 최대 에너지를 의미합니다.
각각 N영역과 P영역의 EC와 EV를 잇게 되면 PN접합의 에너지 밴드가 완성되게 됩니다.
PN 접합의 에너지 밴드에서 볼 수 있듯이 PN 접합은 중성 N영역, 중성 P영역, 그리고 중앙에 공핍층(Depletionlayer)으로 구성되어 있습니다.
공핍층
공핍층 부분의 EF는 EV에도 EC에도 가깝지 않으므로 전자 농도와 정공 농도가 모두 매우 적게 됩니다. 즉, 공핍층은 전자와 정공들이 공핍되어 있다는 것을 의미하게 됩니다. [공핍층에서 N≈0, P≈0]
자세히 설명하자면, P영역은 정공이 많이 있고, N영역은 전자가 많이 있습니다.
이때 PN접합으로 둘을 붙여 놓으면 정공과 전자의 농도 차이가 발생하게 됩니다. 이 농도차이로 인해 전자와 정공의 확산(Diffusion)이 발생하게 됩니다.
P영역에 있는 높은 농도의 정공이 정공농도가 낮은 N영역으로 확산되게 되고, 반대로 N영역에 있는 높은 농도의 전자는 전자농도가 낮은 P영역으로 확산됩니다.
이 과정에서 전자와 정공이 재결합하게되고, 그 결과로 전자와 정공이 존재하지 않는 영역인 공핍층이 발생하게 됩니다.
2023.03.16 - [취업/반도체 이론 정리] - PN 접합 정바이어스와 역바이어스
PN 접합 정바이어스와 역바이어스
정바이어스(Forward bias) PN 접합 P type에 (+)전압을 인가하는 정바이어스를 걸어주면, P type의 에너지 밴드는 내려가고 N type의 에너지 밴드는 올라오게 된다. 이때 포텐셜 베리어가 낮아지면서 캐리
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