Chapter 1 고체의 결정 구조
   1.0 개요 ... 1
   1.1 반도체 물질 ... 2
   1.2 고체의 종류 ... 3
   1.3 공간 격자 ... 4
      1.3.1 기본 셀과 단위 셀 ... 4
      1.3.2 기본적인 결정 구조 ... 6
      1.3.3 결정면과 밀러 지수 ... 7
      1.3.4 다이아몬드 구조 ... 12
   1.4 원자 결합 ... 14
   1.5 고체에서의 결함과 불순물 ... 16
      1.5.1 고체 내의 결함 ... 16
      1.5.2 고체 내의 불순물 ... 18
   1.6 반도체 물질의 성장 ... 19
      1.6.1 용융물로부터의 성장 ... 19
      1.6.2 에피텍셜 성장 ... 21
   1.7 소자 제작 기술: 산화 ... 22
   1.8 요약 ... 24
   점검사항 ... 25
   복습문제 ... 25
   문제 ... 26
   참고문헌 ... 28
Chapter 2 고체 이론
   2.0 개요 ... 29
   2.1 양자 역학 이론 ... 30
      2.1.1 에너지 양자 ... 30
      2.1.2 파동-입자 이중성 원리 ... 32
   2.2 에너지 양자화 및 확률 개념 ... 33
      2.2.1 파동 함수의 물리적 의미 ... 34
      2.2.2 1개의 전자를 갖는 원자 ... 35
      2.2.3 주기율표 ... 37
   2.3 에너지 밴드 이론 ... 38
      2.3.1 에너지 밴드의 형성 ... 39
      2.3.2 에너지 밴드 모델 및 결합 모델 ... 43
      2.3.3 전하 반송자-전자와 정공 ... 44
      2.3.4 유효 질량 ... 46
      2.3.5 금속, 절연체 및 반도체 ... 47
      2.3.6 k 공간도 ... 49
   2.4 상태 밀도 함수 ... 51
   2.5 통계 역학 ... 54
      2.5.1 통계 법칙 ... 54
      2.5.2 페르미-디락 통계 분포 함수 및 페르미 에너지 ... 54
      2.5.3 맥스웰-볼츠만 근사 ... 58
   2.6 요약 ... 60
   점검사항 ... 61
   복습 문제 ... 61
   문제 ... 62
   참고문헌 ... 65
Chapter 3 평형 상태의 반도체
   3.0 개요 ... 67
   3.1 반도체에서의 전하 반송자 ... 68
      3.1.1 전자와 정공의 평형 분포 ... 68
      3.1.2 <?import namespace ... m ur
      3.1.3 진성 반송자 농도 ... 75
      3.1.4 진성 페르미 준위 위치 ... 78
   3.2 도펀트 원자 및 에너지 준위 ... 79
      3.2.1 정성적인 기술 ... 80
      3.2.2 이온화 에너지 ... 82
      3.2.3 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 ... 84
   3.3 불순물 반도체에서의 반송자 분포 ... 85
      3.3.1 전자와 정공의 평형 분포 ... 85
      3.3.2 <m:math ? xmlns ... '"htt
      3.3.3 페르미-디락 적분 ... 90
      3.3.4 축퇴 및 비축퇴 반도체 ... 92
   3.4 도너 및 억셉터의 통계 ... 93
      3.4.1 확률 함수 ... 93
      3.4.2 완전 이온화 및 동결 ... 94
   3.5 반송자 농도-도핑 효과 ... 97
      3.5.1 보상 반도체 ... 97
      3.5.2 평형 전자 농도 및 정공 농도 ... 98
   3.6 페르미 에너지 준위의 위치-도핑과 온도의 효과 ... 104
      3.6.1 수학적 유도 ... 104
      3.6.2 도핑 농도 및 온도에 따른 <m:math ? xmlns ... '"htt
      3.6.3 페르미 에너지의 연관성 ... 109
   3.7 소자 제작 기술: 확산 및 이온 주입 ... 110
      3.7.1 불순물 원자 확산 ... 110
      3.7.2 불순물 원자 이온 주입 ... 112
   3.8 요약 ... 113
   점검사항 ... 114
   복습문제 ... 114
   문제 ... 115
   요약 및 복습 ... 119
   참고문헌 ... 119
Chapter 4 반송자 이동과 과잉 반송자 현상
   4.0 개요 ... 121
   4.1 반송자 표동 ... 122
      4.1.1 표동 전류 밀도 ... 122
      4.1.2 이동도 효과들 ... 125
      4.1.3 반도체 전도도와 저항률 ... 130
      4.1.4 속도 포화 ... 135
   4.2 반송자 확산 ... 137
      4.2.1 확산 전류 밀도 ... 138
      4.2.2 전체 전류 밀도 ... 140
   4.3 경사형 불순물 분포 ... 141
      4.3.1 유도전계 ... 141
      4.3.2 아인슈타인 관계식(The Einstein Relation) ... 144
   4.4 반송자 생성과 재결합 ... 145
      4.4.1 열평형 상태에서의 반도체 ... 146
      4.4.2 과잉 반송자 생성과 재결합 ... 147
      4.4.3 생성 재결합 과정들 ... 150
   4.5 Hall 효과 ... 152
   4.6 요약 ... 156
   점검사항 ... 156
   복습문제 ... 157
   문제 ... 157
   요약과 복습 ... 163
   참고문헌 ... 164
Chaptet 5 pn접합과 금속-반도체 접촉
   5.0 개요 ... 165
   5.1 pn접합의 기본 구조 ... 166
   5.2 pn접합-무인가 바이어스 ... 167
      5.2.1 내부 전위 장벽 ... 167
      5.2.2 전계 ... 170
      5.2.3 공간 전하폭 ... 173
   5.3 역 바이어스된 pn접합 ... 176
      5.3.1 공간 전하폭과 전계 ... 177
      5.3.2 접합 커패시턴스 ... 180
      5.3.3 단측접합(one-sided junctions) ... 182
   5.4 금속-반도체 접촉-정류형 접합 ... 184
      5.4.1 쇼트키 장벽 ... 184
      5.4.2 쇼트키 접합-역 바이어스 ... 186
   5.5 순방향 바이어스-서론 ... 186
      5.5.1 pn접합 ... 187
      5.5.2 쇼트키 장벽 접합 ... 189
      5.5.3 쇼트키 다이오드와 pn접합 다이오드의 비교 ... 190
   5.6 금속-반도체 옴 접촉 ... 192
   5.7 불균일하게 도핑된 pn접합들 ... 195
      5.7.1 선형적으로 기울어진 접합들 ... 195
      5.7.2 과다 급격한(hyperabrupt) 접합들 ... 198
   5.8 소자 제조 기술들: 노광 기술, 식각, 본딩 ... 199
      5.8.1 포토마스크들과 노광 기술 ... 200
      5.8.2 식각 ... 200
      5.8.3 불순물 확산 혹은 이온 주입 ... 200
      5.8.4 금속입힘, 본딩 그리고 패키징 ... 201
   5.9 요약 ... 202
   점검사항 ... 203
   복습문제 ... 203
   문제 ... 204
   요약과 복습 ... 210
   참고문헌 ... 210
Chapter 6 MOSFET 기초
   6.0 개요 ... 213
   6.1 MOS 전기장 효과 트랜지스터의 동작
      6.1.1 동작의 기본 원리 ... 215
      6.1.2 동작 모드 ... 216
      6.1.3 MOSFET을 이용한 증폭 ... 216
   6.2 2단자 MOS 캐패시터 ... 217
      6.2.1 에너지 밴드 모식도와 전하의 분포도 ... 218
      6.2.2 공핍층의 두께 ... 225
   6.3 MOS 캐패시터에서의 전위차 ... 230
      6.3.1 일함수의 차이 ... 231
      6.3.2 산화물 전하 ... 235
      6.3.3 밴드 평탄화 전압 ... 236
      6.3.4 문턱전압 ... 238
      6.3.5 전기장의 개형도 ... 245
   6.4 커패시턴스 전압 특성 ... 249
      6.4.1 이상적 인 C-V 특성 ... 249
      6.4.2 주파수 효과 ... 254
      6.4.3 산화물 고정 전하와 계면 전하의 영향 ... 255
   6.5 MOSFET 기본동작 ... 258
      6.5.1 MOSFET 구조 ... 259
      6.5.2 전류-전압 관계 기본 개념 ... 261
      6.5.3 전류-전압 관계식 - 수학적 유도 ... 271
      6.5.4 기판 바이어스 효과 ... 276
   6.6 소신호 등가 회로와 주파수 제한 요인 ... 279
      6.6.1 트랜스컨덕턴스 ... 279
      6.6.2 소신호 등가 회로 ... 280
      6.6.3 주파수 제한 요인과 컷오프 주파수 ... 282
   6.7 소자의 제작 기술 ... 285
      6.7.1 NMOS 트랜지스터의 제작 ... 285
      6.7.2 CMOS 기술 ... 286
   6.8 요약 ... 288
   점검사항 ... 289
   복습문제 ... 289
   문제 ... 290
   요약 및 복습 ... 297
   참고문헌 ... 297
Chapter 7 MOSFET: 추가적인 개념들
   7.0 개요 ... 299
   7.1 MOSFET 스케일링 ... 300
      7.1 1 일정한 전계 스케일링 ... 300
      7.1.2 문턱전압-첫 근사 ... 301
      7.1.3 일반화 된 스케일링 ... 302
   7.2 비이상적인 효과들 ... 303
      7.2.1 문턱아래 전도 ... 303
      7.2.2 채널길이 변조 ... 306
      7.2.3 이동도 변화 ... 309
      7.2.4 속도포화 ... 311
   7.3 문턱전압변조 ... 314
      7.3.1 짧은채널효과 ... 314
      7.3.2 협소채널효과 ... 318
      7.3.3 기판 바이어스효과 ... 321
   7.4 추가적인 전기적 특성 ... 322
      7.4.1 산화막 항복 ... 322
      7.4.2 근사 펀치 스루 혹은 드레인 유도 장벽저하 ... 322
      7.4.3 고온전자 효과들 ... 325
      7.4.4 이온 주입에 의한 문턱조절 ... 326
   7.5 소자제조기술: 특수한 소자들 ... 329
      7.5.1 약하게 도핑된 드레인 트랜지스터 ... 329
      7.5.2 부도체 위의 MOSFET ... 330
      7.5.3 전력 MOSFET ... 332
      7.5.4 MOS 메모리 소자 ... 336
   7.6 요약 ... 337
   점검사항 ... 338
   복습문제 ... 338
   문제 ... 339
   요약과 복습 ... 343
   참고문헌 ... 344
Chapter 8 반도체의 비평형 과잉 반송자
   8.0 개요 ... 347
   8.1 반송자의 생성과 재결합 ... 348
   8.2 과잉 반송자의 분석 ... 349
      8.2.1 연속 방정식 ... 350
      8.2.2 시간 종속적인 확산 방정식 ... 351
   8.3 이극성 전달 ... 352
      8.3.1 이극성 전달 방정식의 유도 ... 353
      8.3.2 외인성 도핑과 저준위 주입에 의한 제한 ... 355
      8.3.3 이극성 전달 방정식의 응용 ... 357
      8.3.4 유전완화 시상수 ... 364
      8.3.5 Hynes-Shockley의 실험 ... 367
   8.4 준 페르미 에너지 레벨 ... 370
   8.5 과잉 반송자의 수명 ... 373
      8.5.1 Shockley-Read-Hall의 재결합 이론 ... 373
      8.5.2 외인성 도핑과 저준위 주입에 의한 제한 ... 375
   8.6 표면 효과 ... 377
      8.6.1 표면 준위 ... 377
      8.6.2 표면 재결합 속도 ... 378
   8.7 요약 ... 379
   점검사항 ... 379
   복습문제 ... 380
   문제 ... 380
   참고문헌 ... 384
Chapter 9 pn접합과 쇼트키 다이오드
   9.0 개요 ... 387
   9.1 pn과 쇼트키 장벽 접합 재검토 ... 388
      9.1.1 pn접합 ... 388
      9.1.2 쇼트키 장벽 접합 ... 390
   9.2 pn접합-이상적인 전류-전압 관계 ... 392
      9.2.1 경계 조건 ... 392
      9.2.2 소수 반송자 분포 ... 396
      9.2.3 이상적인 pn접합 전류 ... 398
      9.2.4 요약 ... 403
      9.2.5 온도효과 ... 405
      9.2.6 짧은 다이오드 ... 407
      9.2.7 결과 요약 ... 409
   9.3 쇼트키 장벽 접합-이상적인 전류-전압 관계 ... 409
      9.3.1 쇼트키 다이오드 ... 409
      9.3.2 쇼트키 다이오드와 pn접합 다이오드의 비교 ... 412
   9.4 pn접합의 소신호 모델 ... 414
      9.4.1 확산 저항 ... 414
      9.4.2 소신호 어드미턴스 ... 415
      9.4.3 등가회로 ... 418
   9.5 생성-재결합 전류 ... 420
      9.5.1 역방향 바이어스 생성전류 ... 420
      9.5.2 순방향 바이어스 재결합 전류 ... 422
      9.5.3 총 순방향 바이어스 전류 ... 425
   9.6 접합 항목 ... 427
   9.7 전하 저장과 다이오드 과도 ... 431
      9.7.1 멈춤 과도 ... 431
      9.7.2 작동 과도 ... 434
   9.8 요약 ... 435
   점검사항 ... 435
   복습문제 ... 436
   문제 ... 437
   요약 및 복습 ... 443
   참고문헌 ... 443
Chapter 10 바이폴라 트랜지스터
   10.0 개요 ... 445
   10.1 바이폴라 트랜지스터 동작 ... 446
      10.1.1 동작의 기본원리 ... 448
      10.1.2 간단화한 트랜지스터 전류관계 ... 451
      10.1.3 동작모드 ... 453
      10.1.4 바이폴라 트랜지스터 증폭 ... 455
   10.2 소수 반송자 분포 ... 457
      10.2.1 순방향-활성모드 ... 457
      10.2.2 다른 동작모드 ... 465
   10.3 저주파에서 공통 베이스 전류 이득 ... 467
      10.3.1 기여 인자 ... 467
      10.3.2 전류 이득 인자의 수학적 유도 ... 470
      10.3.3 요약 ... 473
      10.3.4 이득 인자의 예제 계산 ... 475
   10.4 비이상적인 효과 ... 479
      10.4.1 베이스 폭 변조 ... 479
      10.4.2 고주입 ... 483
      10.4.3 이미터 밴드갭 협소 ... 484
      10.4.4 전류 밀집 ... 486
      10.4.5 불균일 베이스 도핑 ... 489
      10.4.6 항복전압 ... 490
   10.5 하이브리드-파이 모델 ... 495
   10.6 주파수 제한 ... 499
      10.6.1 시간지연 인자 ... 499
      10.6.2 트랜지스터 차단 주파수 ... 501
   10.7 대신호 스위칭 ... 504
   10.8 소자 제작 기술 ... 507
      10.8.1 다결정 실리콘 이미터 BJT ... 507
      10.8.2 이중 다결정 실리콘 npn 트랜지스터의 제작 ... 508
      10.8.3 실리콘-게르마늄 베이스 트랜지스터 ... 510
      10.8.4 전력용 BJT ... 512
   10.9 요약 ... 515
   점검사항 ... 516
   복습문제 ... 517
   문제 ... 517
   요약과 복습 ... 524
   참고문헌 ... 525
Chapter 11 부가적인 반도체 소자와 소자 개념
   11.0 개요 ... 527
   11.1 접합 전계효과 트랜지스터 ... 528
      11.1.1 PN JFET ... 528
      11.1.2 MESFET ... 532
      11.1.3 전기적 특성 ... 534
   11.2 이종접합 ... 540
      11.2.1 이종접합 ... 540
      11.2.2 이종접합 쌍극성 트랜지스터 ... 544
      11.2.3 고 전자 이동도 트랜지스터 ... 546
   11.3 사이리스터 ... 547
      11.3.1 기본 특성 ... 548
      11.3.2 SCR의 트리거링 ... 550
      11.3.3 소자 구조 ... 553
   11.4 부가적인 MOSFET ... 557
      11.4.1 래치업 ... 557
      11.4.2 항복 ... 559
   11.5 미세전자기계시스템(MEMS) ... 562
      11.5.1 가속도계 ... 562
      11.5.2 잉크젯 프린팅 ... 563
      11.5.3 생물 의학 센서 ... 564
   11.6 요약 ... 564
   점검사항 ... 565
   복습문제 ... 565
   문제 ... 565
   참고문헌 ... 567
Chapter 12 광소자
   12.0 개요 ... 569
   12.1 광 흡수 ... 570
      12.1.1 광자 흡수 계수 ... 571
      12.1.2 전자-정공쌍 발생률 ... 573
   12.2 태양전지 ... 575
      12.2.1 pn접합 태양전지 ... 575
      12.2.2 전환 효율과 태양 농도 ... 578
      12.2.3 이종접합 태양전지 ... 580
      12.2.4 무정형 실리콘 태양전지 ... 582
   12.3 광검파기 ... 583
      12.3.1 광전도체 ... 584
      12.3.2 광 다이오드 ... 586
      12.3.3 PIN 광 다이오드 ... 589
      12.3.4 에벌런치 광 다이오드 ... 592
      12.3.5 광 트랜지스터 ... 593
   12.4 LED ... 594
      12.4.1 빛의 생성 ... 594
      12.4.2 내부 양자 효율 ... 595
      12.4.3 외부 양자 효율 ... 596
      12.4.4 LED 소자 ... 598
   12.5 레이저 다이오드 ... 600
      12.5.1 자극 방출과 분포 반전 ... 600
      12.5.2 광 공진기 ... 602
      12.5.3 문턱 전류 ... 603
      12.5.4 소자구조와 특성 ... 605
   12.6 요약 ... 606
   점검사항 ... 607
   복습문제 ... 607
   문제 ... 607
   참고문헌 ... 610
A 부록
   APPENDIX A 몇 가지 기호 리스트 ... 613
   APPENDIX B 단위 체계, 변환 인자 및 일반 상수 ... 621
   APPENDIX C 주기율표 ... 625
   APPENDIX D 에너지의 단위-eV ... 627
   APPENDIX E 슈뢰딩거 파동 방정식의 유도 및 적용 ... 629
   APPENDIX F 선택된 문제에 대한 해답 ... 635
찾아보기 ... 643