반도체 소자 2011 학년도 2 학기

• 담당교수 : 김태환 ( 소속 : 전자통신공학부 )

• 강의시간 : 월 09:00-10:30 (H05-0203) 수 09:00-10:30 (H05-0203)

• Office : 공업센터별관 503-1

• Office hour : 수요일 10:30 ~ 12:30

• 수업조교 : 송우승 ([email protected], Tel : 2220-0354)

• E-mail : [email protected]

반도체 소자2011 학년도 2 학기

IntroductionIntroduction

교재 및 수업안내Main text :

Solid State Electronic Devices – Sixth edition

Ben G. Streetman and Sanjay Banerjee (Prentice-Hall International Editions)

참고문헌

Introduction to solid state physics

Kittel, Charles (Wiley)

Semiconductor physics and devices : basic principles

Neamen, Donald A (McGraw-Hill)

An introduction to Semiconductor devices

Neamen, Donald A (McGraw-Hill)


수 업 목 표

반도체 재료를 기반으로 한 반도체 소자 제작 방법 및 성능 측정 방법

이종접합의 전하 이동 현상

전계 효과 트랜지스터 제작 방법과 특성 조사 방법 및 소자 동작 방법

쌍극성 접합 트랜지스터의 전하 수송 및 동작 원리

태양전지와 발광다이오드 같은 광소자의 제작 방법 및 응용

집적회로 및 메모리의 제작과 동작 원리

차세대 전자소자 및 광소자를 포함한 반도체 소자에 대한 방향


강의 내용 I

1 주 Introduction

2 주 에너지 대역과 반도체에서의 전하 캐리어 및 반도체의 과잉

캐리어

3 주 P-N 접합의 에너지 대역도 및 전자적 수송

4 주 순방향 및 역방향 바이어스 된 접합부에서 전하의 수송

5 주 동종 접합과 이종 접합

6 주 전계효과 트랜지스터 동작 및 접합 FET

7 주 금속 - 반도체 FET 및 금속 - 절연체 - 반도체 FET

8 주 중간고사


강의 내용 II

9 주 MOS 전계효과 트랜지스터의 특성 및 전자 수송 현상

10 주 MOS 전계효과 트랜지스터의 특성 및 전자 수송 현상

11 주 쌍극성 접합 트랜지스터의 전하 수송 및 동작 메카니즘

12 주 태양전지 제작 및 응용

13 주 발광 다이오드 제작 및 응용

14 주 메모리 소자 제작 및 응용

15 주 차세대 반도체 전자 소자 및 광소자에 대한 방향

16 주 기말고사


한 학기 동안

반도체 소자에 대하여 같이

공부하기를 기대합니다 .

• 기초학문과 공학의 응용

• 기술의 발전 방향

반도체 소자에 앞서서


반도체 소자의 응용메모리 소자

디스플레이 소자

태양전지

유비쿼터스용 제품


기초과학을 응용한 IT 기기들

스캐너

프린터

CRT 모니터

디지털 카메라빔프로젝터 LCD 모니터 `

웹페이지


기초과학을 응용한 휴대용 IT 기기들


기초과학을 응용한 양방향 IT 기기들

양방향 통신이 가능한 정보기기를 이용하는 모습

어린이들이신기한 모습으로

터치패널을 보고 있음


기초과학과 응용공학의 융합기초과학과 응용공학 융합의 유형

학문과 기술간의 융합

기술과의 융합

기술과 산업과의 융합

자연과학응용공학의공학

자연과학응용공학의공학

학문

친환경적인기구 /산업

친환경적인기구 /산업

산업기술

NTNT BTBT ITIT

유형 1

유형 3

유형 2


기술 융합의 시대

• 나노바이오센서• 인공조직• 약물전달• 친생체물질

• 나노바이오센서• 인공조직• 약물전달• 친생체물질

• 유전공학• 바이오장기• 분자생물학• 신약

• 유전공학• 바이오장기• 분자생물학• 신약

BTBT • 컴퓨터 (H/W, S/W)• 반도체• 유무선통신• 정보보호

• 컴퓨터 (H/W, S/W)• 반도체• 유무선통신• 정보보호

ITIT

• 나노신소재• 나노구조체• 나노공정• 정보저장

• 나노신소재• 나노구조체• 나노공정• 정보저장

NTNT• 나노센서• 나노일렉트로닉스• 나노포토닉스• 양자컴퓨터

• 나노센서• 나노일렉트로닉스• 나노포토닉스• 양자컴퓨터

• 바이오인포메틱스• 생체정보인터페이스• 생체정보보호• 바이오컴퓨터

• 바이오인포메틱스• 생체정보인터페이스• 생체정보보호• 바이오컴퓨터

융 합융 합


융합결과로 창출된 유비쿼터스


가정용 유비쿼터스 세상


개인용 유비쿼터스 세상


이동수단용 유비쿼터스 세상


저소비전력저소비전력

고효율고효율

저탄소배출저탄소배출

에너지재생에너지재생

무공해물질무공해물질

환경친화적 자연을 위한 기술의 Trend

환경 친화환경 친화


환경친화적인 소재를사용한 휴대폰

환경친화적인 소재를사용한 하드디스크

환경친화성을 바탕으로 제작된 기기들


환경친화성을 바탕으로 제작된 기기들

환경친화적인하이브리드 자동차

환경친화적인 저전력디스플레이 (LCD)

• 반도체 소자

• 메모리 소자

• 발광 소자

• 태양 전지

반도체 소자의 응용

• 반도체와 실리콘 (Si)

• 반도체 트랜지스터 (Transistor)

• 반도체 소자의 응용분야

반도체 소자


반도체란 무엇인가

• 자유전자가 있어서• 전기를 잘 통할 수 있는 물질• 예 ) 금 , 은 , 구리 등

• 자유전자가 있어서• 전기를 잘 통할 수 있는 물질• 예 ) 금 , 은 , 구리 등

금 속

• 도체와 부도체의 중간적 성격• 전기가 통할수도 안 통할 수도 있는 물질• 예 ) 실리콘 , 게르마늄 등

• 도체와 부도체의 중간적 성격• 전기가 통할수도 안 통할 수도 있는 물질• 예 ) 실리콘 , 게르마늄 등

반도체

반도체를 이용하여 다양한 전자 소자를 만들 수 있다 !!!반도체를 이용하여 다양한

전자 소자를 만들 수 있다 !!!

• 자유전자가 없어서• 전기를 잘 통할 수 없는 물질• 예 ) 나무 , 플라스틱 , 유리 등

• 자유전자가 없어서• 전기를 잘 통할 수 없는 물질• 예 ) 나무 , 플라스틱 , 유리 등

절연체


실리콘 (Si) 반도체


실리콘 반도체불순물을 첨가하여 반도체의 성질을 바꿀 수 있다 .

Sb 를 첨가한 n- 형 실리콘 반도체( 전자의 농도가 더 높다 )

B 를 첨가한 p- 형 실리콘 반도체( 정공의 농도가 더 높다 )

n- 형과 p- 형 반도체를 이용하여 다이오드 , 트랜지스터 등과 같은 전자 소자를 만들 수 있고 많은 전자 제품에 응용된다

n- 형과 p- 형 반도체를 이용하여 다이오드 , 트랜지스터 등과 같은 전자 소자를 만들 수 있고 많은 전자 제품에 응용된다


반도체 트랜지스터Gate 는 소자의 스위치 역할 Drain 으로 전류의 양을 조절

P-Si SUBSTRATE

Source Drain

SiO2

Gate

2-D CHANNEL

P-Si SUBSTRATE

Source Drain

SiO2

Gate

트랜지스터는 메모리 , 디스플레이 및 전지의 핵심 소자이다 .트랜지스터는 메모리 , 디스플레이 및 전지의 핵심 소자이다 .


반도체의 응용 제품 분야

메 모 리 소 자

• 양자역학의 세계

• D 램 (DRAM)

• 플래시 메모리 (Flash Memory)

• 플렉시블 메모리 (Flexible Memory)

• 차세대 메모리 소자


고전 역학과 양자 역학

고전 역학( 축구공이 벽을 통과할 수 없다 )

-

양자 역학( 전자는 벽을 통과할 수 있다 )

나노 크기의 작은 세계


DRAM 의 기억 원리

----

-------

---

+++ + + +

++

정보 저장

정보 유지를 위한 재충전

축전기전자 충전 전원차단 방전 정보 소실

휘발성 메모리

Dynamic RAM

축전기에 전하가 충전된다


DRAM 소자

DRAM 단면 전자현미경 사진

DRAM 웨이퍼

축전기

트랜지스터


DRAM 소자

DRAM 모듈

DRAM 패키지


플래시 메모리의 기억 원리

- - - - -

정보 저장

플로팅게이트전자

`터널링터널링 전원차단전원차단 정보유지

비휘발성 메모리

일괄적인 소거

MemoryFlash


플래시 메모리

플래시 메모리전자현미경 사진

NAND 플래시 메모리NOR 플래시 메모리

플로팅 게이트( 스위치와 축전기 역할을 같이한다 )


플래시 메모리 제품

플래시 메모리 카드

USB 플래시 메모리

플래시 메모리 SSD


유연성을 가지는 메모리

유연성을 가지는메모리 소자


상용화된 반도체 메모리 소자

2-D CHANNEL

P-Si SUBSTRATE

Source Drain

Capacitor

SiO2

Gate

D-RAM 소자

Cap. 에 데이터를 저장

Flash Memory 소자

2-D CHANNEL

P-Si SUBSTRATE

Source Drain

SiO2

Poly Silicon

SiO2

Gate

Poly-Si. 에 데이터를 저장


차세대 메모리 및 반도체 소자

NFGM 소자

2-D CHANNEL

P-Si SUBSTRATE

Source Drain

Insulator

GateNano-Crystals

Nano particle 들이 전하를 트랩한다 .

FIN-FET 소자

P-Si SUBSTRATE

Source DrainInsulator

Gate

3 차원적 채널 형성으로 전류특성이 향상 .

발 광 소 자

• 발광 소자의 원리

• 발광 다이오드 (LED)

• 유기 발광 다이오드 (OLED)

• 디스플레이 장치


발광 소자의 원리

에 너 지에 너 지• 광자

• 전기장

• 전자빔

가시광선가시광선

형광체형광체에너지 변환물질에너지 변환물질

발 광 발 광

발광원리를 이용하여다양한 용도의 광소자와

디스플레이 장치들을만들 수 있다

발광원리를 이용하여다양한 용도의 광소자와

디스플레이 장치들을만들 수 있다


발광 다이오드 (LED)

0.01A 1A 100A m m cm m Gamma rays X rays UV InfraredVisible Microwaves Radio

광통신 대역


LED 조명과 디스플레이

건물 조명으로 사용되는 LED LCD TV 의 광원으로 이용되는 LED


OLED 의 발광 원리

전류 정공 /전자 주입 정공 /전자 재결합 가시광 방출

유리 기판

양극정공 수송층

발광층전자수송층

음극

전 원


OLED 조명

OLED 는 형광등을 대체하여 새로운 조명 광원으로 이용될 수 있다 . 형광등에 사용되는 수은은 인체에 해로워 환경 규제의 대상이

된다 .

OLED 는 형광등을 대체하여 새로운 조명 광원으로 이용될 수 있다 . 형광등에 사용되는 수은은 인체에 해로워 환경 규제의 대상이

된다 .


OLED 디스플레이

OLED TV

OLED 시계

OLED 휴대폰


유연성을 가지는 OLED

OLED 는 유연한 기판 위에서 다양한 형태로 변형이 가능하여 전자종이나

휴대용 디스플레이에 응용 가능

OLED 는 유연한 기판 위에서 다양한 형태로 변형이 가능하여 전자종이나

휴대용 디스플레이에 응용 가능


디스플레이란 무엇인가디스플레이란 ?

화면에 문자와 그림으로 시각적으로 표시하는 장치

인간의 오감 중 시각으로 받아들이는 정보가 가장 많다

정 보

인터페이스

디스플레이 인 간

인터페이스


현재 사용하고 있는 디스플레이의 종류

LCD PDP

OLEDFED

태 양 전 지

• 태양 전지의 원리

• 태양 전지의 필요성

• 태양 전지의 활용


기초과학

태양 전지란 무엇인가태양 전지란 ?

태양광을 받아서 전력을 발생시키는 장치

응용공학

태양전지가 빛을 받으면 전류가 흐르게 된다


태양 전지가 중요한 이유태양 전지의 중요성

화석 연료의 소모량이 급증하고 그 매장량이 한계에 치닫게 됨에 따라 새로운 대체 에너지의 필요성이 급증 .

청정 에너지이면서 고갈되지 않는 에너지원인 태양에너지를 사용한 태양전지에 대한 관심이 고조 .

화석연료소모량 급증 대체에너지 필요 태양에너지 이용


태양 전지의 활용

태양 전지를 이용한가정용 발전기

인공위성에 전력공급을위한 태양전지 이용

전력 공급이 되지 않는 지역의 태양전지를 이용한

가정용 발전기


태양 전지의 활용

화성에서 태양전지 소자에서 공급되는 전력을 사용하여 작동하는 탐지기

반도체 소자 2011 학년도 2 학기

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