담당교수 : 김태환 (소속: 융합전자공학부)

강의시간 : 월 14:30-16:00 (H27-0204)수 14:30-16:00 (H27-0204)

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

반도체소자2014학년도 2학기

Introduction

교재및수업안내

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

수업목표

결정체의성장과반도체결정성장에대한이해

원자와전자에대한이해및양자역학의이해

에너지대역과반도체에서의전하캐리어에대한이해

반도체의과잉캐리어에대한이해

p-n 접합에대한이해

고체전자물리개론의반도체소자에응용에대한고찰

Introduction

교과목개요

고체전자물리학에대한고찰은반도체소자의유용한응용가능성때문

에대단히흥미를가짐

결정체의성장과반도체결정성장을논의

원자와전자에대한양자역학적접근을습득하고에너지대역과반도체

에서의전하캐리어에대하여논의

반도체에서의과잉캐리어를논의

p-n 접합과 금속-반도체접합의특성을논의

고체전자물리개론에서습득한지식을바탕으로반도체소자에응용을

논의

Introduction

강의내용 I

1주반도체소자입문, 결정체성질과반도체결정의성장

2주원자와전자및에너지대역과반도체에서의전자캐리어

3주반도체의과잉캐리어

4주 p-n 접합의에너지대역도및전자적수송

5주순방향및역방향바이어스된접합부에서전하의수송

6주동종접합과이종접합

7주전계효과트랜지스터동작및접합 FET

8주중간고사

Introduction

강의내용 II

9주금속-반도체 FET 및금속-절연체-반도체 FET

10주 MOS 전계효과트랜지스터의특성및전자수송현상

11주쌍극성접합트랜지스터의전하수송및동작메커니즘

12주태양전지제작및응용

13주발광다이오드제작및응용

14주메모리소자제작및응용

15주차세대반도체전자소자및광소자에대한방향

16주기말고사

기초학문과공학의응용

기술의발전방향

반도체소자에앞서서

Introduction

반도체소자의응용

메모리 소자

디스플레이 소자

태양전지

유비쿼터스용 제품

Introduction

기초과학을응용한 IT 기기들

스캐너

프린터

CRT 모니터

디지털 카메라빔프로젝터 LCD 모니터

웹페이지

Introduction

기초과학을응용한휴대용 IT 기기들

Introduction

기초과학을응용한양방향 IT 기기들

양방향 통신이 가능한정보기기를 이용하는 모습

어린이들이신기한 모습으로

터치패널을 보고 있음

Introduction

기초과학과응용공학의융합

기초과학과응용공학융합의유형

학문과기술간의융합

기술과의융합

기술과산업과의융합

자연과학응용공학의공학

학문

친환경적인기구/산업

산업기술

NT BT IT

유형 1

유형 3

유형 2

Introduction

기술융합의시대

• 나노바이오센서• 인공조직• 약물전달• 친생체물질

• 유전공학• 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

융합결과로창출된유비쿼터스

Introduction

가정용유비쿼터스세상

Introduction

개인용유비쿼터스세상

Introduction

이동수단용유비쿼터스세상

Introduction

저소비전력

고효율

저탄소배출

에너지재생

무공해물질

환경친화적자연을위한기술의 Trend

환경 친화

Introduction

환경친화적인 소재를사용한 휴대폰

환경친화적인 소재를사용한 하드디스크

환경친화성을바탕으로제작된기기들

Introduction

환경친화성을바탕으로제작된기기들

환경친화적인하이브리드 자동차

환경친화적인 저전력디스플레이 (LCD)

메모리소자

발광소자

태양전지

반도체소자의응용

반도체와실리콘(Si)

반도체트랜지스터(Transistor)

반도체소자의응용분야

반도체소자

Introduction

반도체란무엇인가

• 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

반도체

반도체를 이용하여 다양한전자 소자를 만들 수 있다!!!

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

절연체

Introduction

실리콘(Si) 반도체

Introduction

실리콘반도체

불순물을첨가하여반도체의성질을바꿀수있다.

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

반도체트랜지스터

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 전지의 핵심 소자이다.

Introduction

반도체의응용제품분야

메모리 소자

양자역학의세계

D램 (DRAM)

플래시메모리 (Flash Memory)

플렉시블메모리 (Flexible Memory)

차세대메모리소자

Introduction

고전역학과양자역학

고전 역학(축구공이 벽을 통과할 수 없다)

-

양자 역학(전자는 벽을 통과할 수 있다)

나노 크기의작은 세계

Introduction

DRAM의기억원리

----

-------

---

+++ + + +

++

정보 저장

정보 유지를 위한 재충전

축전기전자 충전 전원차단 방전

정보 소실

휘발성 메모리

Dynamic RAM

축전기에 전하가 충전된다

Introduction

DRAM 소자

DRAM 단면 전자현미경 사진

DRAM 웨이퍼

축전기

트랜지스터

Introduction

DRAM 소자

DRAM 모듈

DRAM 패키지

Introduction

플래시메모리의기억원리

- - - - -

정보 저장

플로팅게이트전자 터널링 전원차단 정보유지

비휘발성 메모리

일괄적인 소거

MemoryFlash

Introduction

플래시메모리

플래시 메모리전자현미경 사진

NAND 플래시 메모리NOR 플래시 메모리

플로팅 게이트(스위치와 축전기 역할을 같이한다)

Introduction

플래시메모리제품

플래시 메모리 카드

USB 플래시 메모리

플래시 메모리 SSD

Introduction

유연성을가지는메모리

유연성을 가지는메모리 소자

Introduction

상용화된반도체메모리소자

2-D CHANNEL

P-Si SUBSTRATE

Source Drain

Capacitor

SiO2

Gate

D-RAM 소자

Cap.에데이터를저장

Flash Memory 소자

2-D CHANNEL

P-Si SUBSTRATE

Source Drain

SiO2

Poly Silicon

SiO2

Gate

Poly-Si.에데이터를 저장

Introduction

차세대메모리및반도체소자

NFGM 소자

2-D CHANNEL

P-Si SUBSTRATE

Source Drain

Insulator

GateNano-Crystals

Nano particle들이전하를 트랩한다.

FIN-FET 소자

P-Si SUBSTRATE

Source DrainInsulator

Gate

3차원적채널 형성으로 전류특성이향상.

발 광 소 자

발광소자의원리

발광다이오드 (LED)

유기발광다이오드 (OLED)

디스플레이장치

Introduction

발광소자의원리

에 너 지

• 광자

• 전기장

• 전자빔

가시광선

형광체에너지 변환물질

발 광

발광원리를 이용하여다양한 용도의 광소자와디스플레이 장치들을

만들 수 있다

Introduction

발광다이오드 (LED)

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

광통신대역

Introduction

LED 조명과디스플레이

건물 조명으로 사용되는 LED LCD TV의 광원으로 이용되는 LED

Introduction

OLED의발광원리

전류 정공/전자 주입 정공/전자 재결합 가시광 방출

유리기판

양극

정공수송층

발광층

전자수송층

음극

전 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

유연성을가지는 OLED

OLED는 유연한 기판 위에서 다양한형태로 변형이 가능하여 전자종이나

휴대용 디스플레이에 응용 가능

Introduction

디스플레이란무엇인가

디스플레이란?

화면에문자와그림으로시각적으로표시하는장치

인간의오감중시각으로받아들이는정보가가장많다

정 보

인터페이스

디스플레이 인 간

인터페이스

Introduction

현재사용하고있는디스플레이의종류

LCD PDP

OLEDFED

태 양 전 지

태양전지의원리

태양전지의필요성

태양전지의활용

Introduction

기초과학

태양전지란무엇인가

태양전지란?

태양광을받아서전력을발생시키는장치

응용공학

태양전지가 빛을 받으면 전류가 흐르게 된다

Introduction

태양전지가중요한이유

태양전지의중요성

화석연료의소모량이급증하고그매장량이한계에치닫게됨에따라새로

운대체에너지의필요성이급증.

청정에너지이면서고갈되지않는에너지원인태양에너지를사용한태양전

지에대한관심이고조.

화석연료소모량 급증

대체에너지 필요 태양에너지 이용

Introduction

태양전지의활용

태양 전지를 이용한가정용 발전기

인공위성에 전력공급을위한 태양전지 이용

전력 공급이 되지 않는 지역의태양전지를 이용한

가정용 발전기

Introduction

태양전지의활용

화성에서 태양전지 소자에서공급되는 전력을 사용하여

작동하는 탐지기

Introduction

한 학기 동안

반도체 소자에

대하여 같이

공부하기를 기대합니다.