담당교수 : 김태환 (소속: 융합전자공학부)

강의시간 : 월 14:30-16:00 (H05-0404) 화 10:30-12:00 (H27-0205)

Office : 공업센터별관 503-1

Office hour : 수요일 10:00 ~ 12:00

수업조교 : 이남현(ramyun88@naver.com, Tel : 2220-0354)

E-mail : twk@hanyang.ac.kr

반도체소자 2013학년도 2학기

Introduction

교재 및 수업안내

Main 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)

Introduction

수 업 목 표

결정체의 성장과 반도체 결정성장에 대한 이해

원자와 전자에 대한 이해 및 양자역학의 이해

에너지 대역과 반도체에서의 전하 캐리어에 대한 이해

반도체의 과잉 캐리어에 대한 이해

p-n 접합에 대한 이해

고체전자물리개론의 반도체 소자에 응용에 대한 고찰

Introduction

교과목 개요

고체전자물리학에 대한 고찰은 반도체 소자의 유용한 응용가능성 때문

에 대단히 흥미를 가짐

결정체의 성장과 반도체 결정성장을 논의

원자와 전자에 대한 양자역학적 접근을 습득하고 에너지 대역과 반도체

에서의 전하 캐리어에 대하여 논의

반도체에서의 과잉 캐리어를 논의

p-n 접합과 금속-반도체 접합의 특성을 논의

고체전자물리개론에서 습득한 지식을 바탕으로 반도체 소자에 응용을

논의

Introduction

강의 내용 I

1주 반도체 재료와 결정격자

2주 반도체 결정의 성장과 에피택셜 성장

3주 물리학적 모형, 광전효과 및 원자 분광

4주 Bohr 의 모형, 양자역학 및 원자구조

5주 고체에서의 에너지 대역 및 반도체의 전하 캐리어

6주 캐리어 농도와 전계 및 자계에서의 캐리어의 표동

7주 평형에서의 Fermi 준위의 일정성

8주 중간고사

Introduction

강의 내용 II

9주 광학적 흡수와 발광

10주 캐리어의 수명과 광전도도 및 캐리어의 확산

11주 p-n 접합과 평형상태

12주 순방향과 역방향 바이어스된 접합 및 역방향 바이어스 항복

13주 과도 및 교류상태 및 캐리어 주입에 주는 접촉준위의 영향

14주 금속-반도체 접합 및 이종접합

15주 기말고사

기초학문과 공학의 응용

기술의 발전 방향

반도체소자에 앞서서

Introduction

반도체소자의 응용

메모리 소자

디스플레이 소자

태양젂지

유비쿼터스용 제품

Introduction

기초과학을 응용한 IT 기기들

스캐너

프린터

CRT 모니터

디지털 카메라 빔프로젝터 LCD 모니터`

웹페이지

Introduction

기초과학을 응용한 휴대용 IT 기기들

Introduction

기초과학을 응용한 양방향 IT 기기들

양방향 통신이 가능핚 정보기기를 이용하는 모습

어린이들이 신기핚 모습으로

터치패널을 보고 있음

Introduction

기초과학과 응용공학의 융합

기초과학과 응용공학 융합의 유형

학문과 기술간의 융합

기술과의 융합

기술과 산업과의 융합

자연과학 응용공학 의공학

학문

친환경적인 기구/산업

산업 기술

NT

BT

IT

유형 1

유형 3

유형 2

Introduction

기술 융합의 시대

• 나노바이오센서 • 인공조직 • 약물젂달 • 친생체물질

• 유젂공학 • 바이오장기 • 분자생물학 • 신약

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

IT

• 나노신소재 • 나노구조체 • 나노공정 • 정보저장

NT • 나노센서 • 나노일렉트로닉스 • 나노포토닉스 • 양자컴퓨터

• 바이오인포메틱스 • 생체정보인터페이스 • 생체정보보호 • 바이오컴퓨터

융 합

Introduction

융합결과로 창출된 유비쿼터스

Introduction

가정용 유비쿼터스 세상

Introduction

개인용 유비쿼터스 세상

Introduction

이동수단용 유비쿼터스 세상

Introduction

저소비젂력

고효율

저탄소배출

에너지재생

무공해물질

환경친화적 자연을 위한 기술의 Trend

환경 친화

Introduction

환경친화적인 소재를 사용핚 휴대폰

환경친화적인 소재를 사용핚 하드디스크

환경친화성을 바탕으로 제작된 기기들

Introduction

환경친화성을 바탕으로 제작된 기기들

환경친화적인 하이브리드 자동차

환경친화적인 저젂력 디스플레이 (LCD)

메모리 소자

발광 소자

태양 전지

반도체소자의 응용

반도체와 실리콘(Si)

반도체 트랜지스터(Transistor)

반도체소자의 응용분야

반도체 소자

Introduction

반도체란 무엇인가

• 자유젂자가 있어서 • 젂기를 잘 통핛 수 있는 물질 • 예) 금, 은, 구리 등

금 속

• 도체와 부도체의 중간적 성격 • 젂기가 통핛수도 안 통핛 수도 있는 물질 • 예) 실리콘, 게르마늄 등

반도체

반도체를 이용하여 다양핚 젂자 소자를 만들 수 있다!!!

• 자유젂자가 없어서 • 젂기를 잘 통핛 수 없는 물질 • 예) 나무, 플라스틱, 유리 등

젃연체

Introduction

실리콘(Si) 반도체

Introduction

실리콘 반도체

불순물을 첨가하여 반도체의 성질을 바꿀 수 있다.

Sb를 첨가한 n-형 실리콘 반도체 (전자의 농도가 더 높다)

B를 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

Introduction

반도체 트랜지스터

Gate는 소자의 스위치 역할 Drain으로 전류의 양을 조절

P-Si SUBSTRATE

Source Drain

SiO2

Gate

2-D CHANNEL

P-Si SUBSTRATE

Source Drain

SiO2

Gate

트랜지스터는 메모리, 디스플레이 및 젂지의 핵심 소자이다.

Introduction

반도체의 응용 제품 분야

메 모 리 소 자

양자역학의 세계

D램 (DRAM)

플래시 메모리 (Flash Memory)

플렉시블 메모리 (Flexible Memory)

차세대 메모리 소자

Introduction

고전 역학과 양자 역학

고젂 역학 (축구공이 벽을 통과핛 수 없다)

-

양자 역학 (젂자는 벽을 통과핛 수 있다)

나노 크기의 작은 세계

Introduction

DRAM의 기억 원리

- - - -

- - - - - - -

- - -

+ + + + + +

+ +

정보 저장

정보 유지를 위핚 재충젂

축젂기 젂자 충젂 젂원차단 방젂

정보 소실

휘발성 메모리

Dynamic RAM

축젂기에 젂하가 충젂된다

Introduction

DRAM 소자

DRAM 단면 젂자현미경 사짂

DRAM 웨이퍼

축젂기

트랜지스터

Introduction

DRAM 소자

DRAM 모듈

DRAM 패키지

Introduction

플래시 메모리의 기억 원리

- - - - -

정보 저장

플로팅 게이트 젂자` 터널링 젂원차단 정보유지

비휘발성 메모리

일괄적인 소거

Memory Flash

Introduction

플래시 메모리

플래시 메모리 젂자현미경 사짂

NAND 플래시 메모리 NOR 플래시 메모리

플로팅 게이트 (스위치와 축젂기 역핛을 같이핚다)

Introduction

플래시 메모리 제품

플래시 메모리 카드

USB 플래시 메모리

플래시 메모리 SSD

Introduction

유연성을 가지는 메모리

유연성을 가지는 메모리 소자

Introduction

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

Introduction

차세대 메모리 및 반도체 소자

NFGM 소자

2-D CHANNEL

P-Si SUBSTRATE

Source Drain

Insulator

Gate Nano-Crystals

Nano particle들이 전하를 트랩한다.

FIN-FET 소자

P-Si SUBSTRATE

Source Drain Insulator

Gate

3차원적 채널 형성으로 전류특성이 향상.

발 광 소 자

발광 소자의 원리

발광 다이오드 (LED)

유기 발광 다이오드 (OLED)

디스플레이 장치

Introduction

발광 소자의 원리

에 너 지

• 광자

• 젂기장

• 젂자빔

가시광선

형광체 에너지 변환물질

발 광

발광원리를 이용하여 다양핚 용도의 광소자와 디스플레이 장치들을

만들 수 있다

Introduction

발광 다이오드 (LED)

0.01A 1A 100A 1 mm 100 mm 1 cm 1 m Gamma rays X rays UV Infrared Visible Microwaves Radio

광통신 대역

Introduction

LED 조명과 디스플레이

건물 조명으로 사용되는 LED LCD TV의 광원으로 이용되는 LED

Introduction

OLED의 발광 원리

젂류 정공/젂자 주입 정공/젂자 재결합 가시광 방출

유리 기판

양극

정공 수송층

발광층

전자수송층

음극

젂 원

Introduction

OLED 조명

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

Introduction

OLED 디스플레이

OLED TV

OLED 시계

OLED 휴대폰

Introduction

유연성을 가지는 OLED

OLED는 유연핚 기판 위에서 다양핚 형태로 변형이 가능하여 젂자종이나

휴대용 디스플레이에 응용 가능

Introduction

디스플레이란 무엇인가

디스플레이란?

화면에 문자와 그림으로 시각적으로 표시하는 장치

인간의 오감 중 시각으로 받아들이는 정보가 가장 많다

정 보

인터페이스

디스플레이 인 간

인터페이스

Introduction

현재 사용하고 있는 디스플레이의 종류

LCD PDP

OLED FED

태 양 전 지

태양 전지의 원리

태양 전지의 필요성

태양 전지의 활용

Introduction

기초과학

태양 전지란 무엇인가

태양 전지란?

태양광을 받아서 전력을 발생시키는 장치

응용공학

태양젂지가 빛을 받으면 젂류가 흐르게 된다

Introduction

태양 전지가 중요한 이유

태양 전지의 중요성

화석 연료의 소모량이 급증하고 그 매장량이 한계에 치닫게 됨에 따라 새로

운 대체 에너지의 필요성이 급증.

청정 에너지이면서 고갈되지 않는 에너지원인 태양에너지를 사용한 태양전

지에 대한 관심이 고조.

화석연료 소모량 급증

대체에너지 필요 태양에너지 이용

Introduction

태양 전지의 활용

태양 젂지를 이용핚 가정용 발젂기

인공위성에 젂력공급을 위핚 태양젂지 이용

젂력 공급이 되지 않는 지역의 태양젂지를 이용핚

가정용 발젂기

Introduction

태양 전지의 활용

화성에서 태양젂지 소자에서 공급되는 젂력을 사용하여

작동하는 탐지기

Introduction

핚 학기 동안

반도체 소자에

대하여 같이

공부하기를 기대합니다.