목차
서론 : 반도체 역사 ... 1
CHAPTER 1 반도체 기초 ... 9
1.1 반도체 재료 ... 11
1.1.1 물질 분류 ... 11
1.1.2 반도체 성질 ... 12
1.1.3 반도체 재료와 응용 ... 13
1.2 결정 ... 15
1.2.1 고체 분류 ... 15
1.2.2 격자와 단위셀 ... 16
1.2.3 입방체 ... 17
1.2.4 결정방향과 결정면 ... 18
1.2.5 고체결합 ... 21
1.2.6 다이아몬드 격자 ... 24
1.3 결정성장 ... 26
1.3.1 용응액 성장 ... 27
1.3.2 에피택셜 성장 ... 29
1.4 웨이퍼 제작 ... 30
CHAPTER 2 원자와 전자 ... 35
2.1 현대물리의 세계 ... 37
2.2 원자 구조 ... 37
2.3 입자성 ... 40
2.3.1 에너지양자 ... 40
2.3.2 광전효과 ... 44
2.3.3 콤프톤효과 ... 48
2.4 보어 모델 ... 50
2.4.1 보어 모델 ... 50
2.4.2 전자의 에너지 ... 54
2.5 양자역학 ... 57
2.5.1 전자의 파동성 ... 57
2.5.2 슈레딩거의 파동방정식 ... 60
2.5.3 확률과 기대값 ... 63
2.5.4 포텐셜 우물 ... 64
2.5.5 터널링 효과 ... 67
2.5.6 불확실성 원리 ... 68
2.6 주기율표 ... 70
2.6.1 수소원자 ... 70
2.6.2 주기율표 ... 73
CHAPTER 3 에너지대와 반도체의 캐리어농도 ... 79
3.1 에너지대 구조 ... 81
3.1.1 에너지대 ... 81
3.1.2 고체의 에너지대 ... 86
3.1.3 전자 유효질량 ... 87
3.1.4 에너지 파동함수와 유효질량 ... 88
3.1.5 E-k도와 에너지대 관계 ... 93
3.1.6 반도체의 EHP ... 94
3.1.7 직접형 반도체와 간접형 반도체 ... 98
3.2 진성반도체와 외인성반도체 ... 100
3.2.1 진성반도체 ... 100
3.2.2 외인성반도체 ... 102
3.3 캐리어농도 ... 107
3.3.1 상태밀도 ... 107
3.3.2 분포함수 ... 109
3.3.3 캐리어농도 ... 115
3.3.4 페르미준위 ... 126
3.3.5 페르미준위의 온도 의존성 ... 129
3.3.6 캐리어농도의 온도의존성 ... 132
3.3.7 평형상태에서의 페르미준위의 평탄성 ... 135
3.4 축퇴반도체 ... 138
CHAPTER 4 캐리어의 전송현상 ... 141
4.1 전기 전도 ... 143
4.1.1 거시적 전기전도 ... 143
4.1.2 도체내 전자의 운동과 이동도 ... 147
4.1.3 이동도의 온도의존성 ... 151
4.1.4 표동속도의 전계 의존성 ... 153
4.1.5 표동 전류 ... 154
4.2 캐리어 확산 ... 157
4.2.1 확산 ... 157
4.2.2 반도체의 확산전류 ... 158
4.2.3 표동과 확산에 의한 전류 ... 160
4.2.4 내부전계와 아인슈타인 관계식 ... 162
4.3 캐리 어생성과 재결합 ... 165
4.3.1 캐리어생성과 재결합 과정 ... 165
4.3.2 캐리어 천이와 재결합률 ... 168
4.3.3 과잉캐리어 ... 171
4.3.4 캐리어농도와 소수캐리어수명 ... 174
4.3.5 정상상태에서의 의사페르미준위 ... 179
4.3.6 재결합중심에서의 캐리어수명 ... 182
4.4 연속방정식 ... 183
4.4.1 캐리어의 연속방정식 ... 183
4.4.2 양극성방정식 ... 184
4.4.3 확산방정식 ... 186
4.4.4 정상상태에서 의사페르미준위의 경사도 ... 191
4.4.5 공간전하 ... 193
CHAPTER 5 접합 ... 197
5.1 접합 ... 199
5.2 pn 접합 ... 203
5.2.1 pn 접합의 제작 ... 204
5.2.2 열평형상태의 pn 접합 ... 216
5.2.3 바이어스상태의 pn 접합 ... 229
5.2.4 캐리어주입과 캐리어적출 ... 237
5.2.5 p+n 접합 ... 245
5.2.6 소수캐리어전류와 다수캐리어전류 ... 246
5.2.7 항복전압 ... 248
5.3 다이오드 ... 253
5.3.1 접합다이오드 ... 253
5.3.2 정류기 ... 254
5.3.2 다이오드 특성 요건 ... 255
5.3.4 스위칭다이오드 ... 257
5.3.5 항복다이오드 ... 257
5.3.6 터널효과와 터널다이오드 ... 259
5.4 과도상태와 교류조건 ... 260
5.4.1 축적된 전하의 시간적 변화 ... 260
5.4.2 역방향회복 과도상태 ... 264
5.4.3 직류와 교류 중첩 전류 ... 267
5.5 pn 접합의 정전용량 ... 270
5.5.1 접합정전용량 ... 271
5.5.2 전하축적정전용량 ... 275
5.6 pn 접합의 2차 효과 ... 278
5.6.1 캐리어주입에 의한 접촉전위의 영향 ... 279
5.6.2 천이영역내의 재결합과 생성 ... 282
5.6.3 오옴손실 ... 285
5.6.4 경사접합 ... 287
5.7 금속-반도체(MS) 접합 ... 294
5.7.1 MS 접합의 에너지대 구조 ... 294
5 7.2 MS 접합의 I-V 특성 ... 299
5.7.3 MS 접합의 장벽용량 ... 306
5 7.4 쇼트키다이오드 ... 307
5.8 헤테로접합 ... 308
5.8.1 헤테로접합의 에너지대 구조 ... 308
5.8.2 헤테로접합의 I-V 특성 ... 310
CHAPTER 6 바이폴라 트랜지스터 ... 315
6.1 바이폴라 트랜지스터 기본특성 ... 317
6.1.1 바이폴라 트랜지스터의 구조 ... 317
6.1.2 BJT 동작 ... 321
6.2 직류특성 ... 326
6.2.1 베이스영역에서의 소수캐리어의 확산방정식 해 ... 326
6.2.2 pnp 트랜지스터의 단자전류 ... 328
6.3 EM 모델 ... 334
6.3.1 결합 다이오드 모델 ... 335
6.3.2 전하제어모델 ... 342
6.3.3 에미터접지회로 ... 345
6.4 교류특성 ... 350
6.5 등가회로 ... 357
6.6 사이리스터 ... 359
6.6.1 pnpn다이오드 ... 359
6.6.2 실리콘 제어정류기(SCR) ... 362
6.6.3 실리콘 제어스위치(SCS) ... 364
CHAPTER 7 전계효과 트랜지스터 ... 367
7.1 유니폴라 트랜지스터의 기본 개념 ... 369
7.2 JFET ... 372
7.2.1 JFET의 구조 ... 372
7.2.2 JFET의 직류특성 ... 373
7.2.2 JFET의 소신호 등가회로 ... 381
7.3 MOS 커패시터 ... 383
7.3.1 표면 전위 : 축적, 공핍, 그리고 반전 ... 383
7.3.2 MOS 커패시터의 정전용량 ... 397
7.3.3 평탄대역 전압 ... 402
7.3.4 문턱전압 ... 406
7.4 MOSFET ... 408
7.4.1 MOSFET의 구조 ... 408
7.4.2 직류특성 ... 413
7.4.3 증가형 MOSFET와 공핍형 MOSFET ... 417
7.4.4 MOSFET의 소신호 등가회로 ... 418
7.4.5 문턱 전압의 조절 ... 419
7.4.6 필드산화막 ... 420
7.4.7 기판효과 ... 421
7.5 소규모 MOSFET의 특성 ... 423
7.5.1 단채널효과 ... 423
7.5.2 협폭효과 ... 425
7.5.3 핫캐리어 주입 현상 ... 425
7.5.4 LDD 구조 ... 427
7.5.5 비례축소법칙 ... 427
7.6 기타 MOSFET ... 428
7.6.1 공핍형 소자 ... 428
7.6.2 MNOS 소자 ... 429
7.6.3 플로팅 게이트 소자 ... 429
7.6.4 전력증폭용 MOS 소자 ... 429
7.6.5 SOI ... 429
7.6.6 SiGe MOSFET ... 433
7.7 CCD ... 434
7 7.1 MOS 커패시터에서의 동적효과 ... 434
7.7.2 기본적인 CCD ... 435
7.7.3 기본구조의 개선 ... 436
7.7.4 CCD 응용 ... 438
7.8 컬러 TFT-LCD ... 438
CHAPTER 8 집적회로 ... 445
8.1 집적회로 ... 447
8.1.1 집적회로의 종류 ... 447
8.2 바이폴라 집적회로 ... 451
8.2.1 구성 소자 ... 451
8.2.2 바이폴라 집적회로의 구성 ... 454
8.2.3 바이폴라 집적회로의 IC 제조공정 ... 455
8.3 MOS 집적회로 ... 457
8.3.1 구성 소자 ... 457
8.3.2 MOS 집적회로의 구성 ... 457
8.3.3 MOS 집적회로 기본회로와 제작공정 ... 463
8.3.4 CMOS 래치업 ... 476
8.4 메모리 집적회로 ... 482
8.4.1 메모리 집적회로의 종류 ... 482
8.4.2 DRAM ... 483
8.4.3 SRAM ... 484
8.4.4 ROM ... 486
CHAPTER 9 광전소자와 반도체 센서소자 ... 489
9.1 광흡수와 발광현상 ... 491
9.1.1 열방사와 발광 ... 491
9.1.2 광흡수 ... 492
9.1.3 발광 ... 497
9.2 수광소자 ... 501
9.2 1 광전도 소자 ... 501
9.2.2 포토다이오드 ... 503
9.2.3 포토트랜지스터 ... 505
9.3 발광소자 ... 507
9.3.1 전계발광현상 ... 507
9.3.2 발광다이오드(LED) ... 508
9.3.3 반도체 레이저 ... 512
9.4 태양전지 ... 515
9.4.1 방사 에너지 ... 515
9.4.2 태양전지 ... 515
9.4.3 기타 태양전지 ... 518
9.5 온도센서 ... 521
9.5.1 반도체의 온도의존성과 서미스터 ... 521
9.6 열전효과소자 ... 524
9.6.1 제벡효과 ... 524
9.6.2 펠티어효과 ... 527
9.6.3 톰슨효과 ... 528
9.6.4 열전변환소자 ... 529
9.7 자기효과소자 ... 532
9.7.1 홀효과 ... 532
9.7.2 자기저항 효과 ... 535
9.7.3 자기저항효과 소자 ... 536
9.8 압전효과소자 ... 537
9.8.1 압전반도체 ... 537
9.8.2 압전저항효과 ... 537
9.8.3 반도체 압전센서 ... 540
부록 ... 545
용어사전 ... 547
찾아보기 ... 565
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