반도체 소자 2011 학년도 2 학기
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• 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 (sws3274@naver.com, Tel : 2220-0354)
• E-mail : twk@hanyang.ac.kr
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)
IntroductionIntroduction
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
IntroductionIntroduction
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
IntroductionIntroduction
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
IntroductionIntroduction
한 학기 동안
반도체 소자에 대하여 같이
공부하기를 기대합니다 .
• 기초학문과 공학의 응용
• 기술의 발전 방향
반도체 소자에 앞서서
IntroductionIntroduction
반도체 소자의 응용메모리 소자
디스플레이 소자
태양전지
유비쿼터스용 제품
IntroductionIntroduction
기초과학을 응용한 IT 기기들
스캐너
프린터
CRT 모니터
디지털 카메라빔프로젝터 LCD 모니터 `
웹페이지
IntroductionIntroduction
기초과학을 응용한 휴대용 IT 기기들
IntroductionIntroduction
기초과학을 응용한 양방향 IT 기기들
양방향 통신이 가능한 정보기기를 이용하는 모습
어린이들이신기한 모습으로
터치패널을 보고 있음
IntroductionIntroduction
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
IntroductionIntroduction
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
IntroductionIntroduction
융합결과로 창출된 유비쿼터스
IntroductionIntroduction
가정용 유비쿼터스 세상
IntroductionIntroduction
개인용 유비쿼터스 세상
IntroductionIntroduction
이동수단용 유비쿼터스 세상
IntroductionIntroduction
저소비전력저소비전력
고효율고효율
저탄소배출저탄소배출
에너지재생에너지재생
무공해물질무공해물질
환경친화적 자연을 위한 기술의 Trend
환경 친화환경 친화
IntroductionIntroduction
환경친화적인 소재를사용한 휴대폰
환경친화적인 소재를사용한 하드디스크
환경친화성을 바탕으로 제작된 기기들
IntroductionIntroduction
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
IntroductionIntroduction
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
IntroductionIntroduction
실리콘 (Si) 반도체
IntroductionIntroduction
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
IntroductionIntroduction
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 .
IntroductionIntroduction
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
IntroductionIntroduction
고전 역학과 양자 역학
고전 역학( 축구공이 벽을 통과할 수 없다 )
-
양자 역학( 전자는 벽을 통과할 수 있다 )
나노 크기의 작은 세계
IntroductionIntroduction
DRAM 의 기억 원리
----
-------
---
+++ + + +
++
정보 저장
정보 유지를 위한 재충전
축전기전자 충전 전원차단 방전 정보 소실
휘발성 메모리
Dynamic RAM
축전기에 전하가 충전된다
IntroductionIntroduction
DRAM 소자
DRAM 단면 전자현미경 사진
DRAM 웨이퍼
축전기
트랜지스터
IntroductionIntroduction
DRAM 소자
DRAM 모듈
DRAM 패키지
IntroductionIntroduction
플래시 메모리의 기억 원리
- - - - -
정보 저장
플로팅게이트전자
`터널링터널링 전원차단전원차단 정보유지
비휘발성 메모리
일괄적인 소거
MemoryFlash
IntroductionIntroduction
플래시 메모리
플래시 메모리전자현미경 사진
NAND 플래시 메모리NOR 플래시 메모리
플로팅 게이트( 스위치와 축전기 역할을 같이한다 )
IntroductionIntroduction
플래시 메모리 제품
플래시 메모리 카드
USB 플래시 메모리
플래시 메모리 SSD
IntroductionIntroduction
유연성을 가지는 메모리
유연성을 가지는메모리 소자
IntroductionIntroduction
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
IntroductionIntroduction
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
IntroductionIntroduction
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
IntroductionIntroduction
발광 다이오드 (LED)
0.01A 1A 100A m m cm m Gamma rays X rays UV InfraredVisible Microwaves Radio
광통신 대역
IntroductionIntroduction
LED 조명과 디스플레이
건물 조명으로 사용되는 LED LCD TV 의 광원으로 이용되는 LED
IntroductionIntroduction
OLED 의 발광 원리
전류 정공 /전자 주입 정공 /전자 재결합 가시광 방출
유리 기판
양극정공 수송층
발광층전자수송층
음극
전 원
IntroductionIntroduction
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 .
IntroductionIntroduction
OLED 디스플레이
OLED TV
OLED 시계
OLED 휴대폰
IntroductionIntroduction
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
IntroductionIntroduction
디스플레이란 무엇인가디스플레이란 ?
화면에 문자와 그림으로 시각적으로 표시하는 장치
인간의 오감 중 시각으로 받아들이는 정보가 가장 많다
정 보
인터페이스
디스플레이 인 간
인터페이스
IntroductionIntroduction
현재 사용하고 있는 디스플레이의 종류
LCD PDP
OLEDFED
태 양 전 지
• 태양 전지의 원리
• 태양 전지의 필요성
• 태양 전지의 활용
IntroductionIntroduction
기초과학
태양 전지란 무엇인가태양 전지란 ?
태양광을 받아서 전력을 발생시키는 장치
응용공학
태양전지가 빛을 받으면 전류가 흐르게 된다
IntroductionIntroduction
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
IntroductionIntroduction
태양 전지의 활용
태양 전지를 이용한가정용 발전기
인공위성에 전력공급을위한 태양전지 이용
전력 공급이 되지 않는 지역의 태양전지를 이용한
가정용 발전기
IntroductionIntroduction
태양 전지의 활용
화성에서 태양전지 소자에서 공급되는 전력을 사용하여 작동하는 탐지기
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