1. [GSAT] 추리 실전모의고사 1회(1)
- 명제 추리 문제 : 벤다이어 그램 그리기
영역마다 번호 쓴 후 빈 부분 체크, 무조건 있어야 하는 부분 체크
- 조건 추리 문제 : 차근차근 경우의 수 따져보기
💡 수리논리보다 추리 부분이 시간이 더 걸리는 것 같다. 쉽고 빠르게 푸는 법 알기가 중요한 것 같다.
2. [반도체] Engery band와 외부 전압에 따른 p-n junction의 변화
오늘은 크게 Energy band, Fermi level, p-n junction에서 나올 수 있는 면접 문제에 대한 수업이었다.
1. Energy band 예상 기출 문제
- Si Energy band에 대해 설명하시오
- Band gap에 대해서 설명하시오
- Semiconductior의 band gap에 대해 설명하시오.
모든 원자의의 전자들은 에너지 준위를 가지는데 이 때 다른 원자의 전자의 준위와 overlap되면서 에너지 준위가 겹치게 되는데 파울리 배타 원리(다수의 전자가 존재할 때, 둘 이상의 전자가 절대로 같은 양자상태로 존재할 수 없다는원리) 에 의해 에너지 준위가 한 일직선상에 존재하지 못하고 굉장히 가까운 두 줄로 존재하게 됩니다. 이 때 이 원자 수가 늘어남에 따라 선이 마치 band처럼 형성이 되는데 이를 energy band라고 합니다.
Si 기준 3p와 3s가 overlap되면서 electron은 낮은 에너지 준위로, state는 높은 에너지 준위로 갈라지게 되면서 stat가 가득한 구역인 conduction band, electron이 가득한 valance band, 그리고 그 사이 electron이 안정적으로 존재할 수 없는 구역인 band gap이 형성됩니다.
도체는 이러한 band gap이 없고 condunction band와 valance band가 겹쳐있고, 반도체는 band gap이 크지 않으며 부도체는 band gap이 매우 큽니다. 따라서 도체는 전기가 잘 흐르기 때문에 doping에 의한 변화가 없어 conductivity를 조절 할 수 없고 반도체는 gap이 크지 않아 doping이나 온도를 통해 conductivity의 조절이 가능합니다.
2. Fermi level 예상 기출 문제
- Fermi level의 정의와 Current에 따른 변화를 설명하시오.
- Diode의 Energy band와 Fermi level에 대해 설명하시오.
절대온도 0 에서 conduction band에 전자가 있을 확률은 0%, valance band에 전자가 있을 확률이 100%일 때 그 가운데인 Fermi level은 전자를 발견할 확률이 1/2이 되는 가상의 energy level입니다. 절대온도 0 에서도 전자는 매우 가볍기 때문에 진동을 하는데 이 진동으로 Fermi level 바로 아래까지는 전자가 존재하는 것 같이 보입니다. 따라서 Fermi level 위로는 전자가 있을 확률이 0%, 아래로는 100%인 energy level이라고도 정의할 수 있습니다.
n-type의 경우 donor level에 electron이 100% 존재하기 때문에 이 Fermi level이 conduction band 가까이 형성되고, p-type의 경우 acceptor level에 state가 100% 존재하기 때문에 Fermi level이 valnce band 가까이 형성됩니다.
energy band의 electron(hole)의 분포를 나타내는 Fermi-Dirac Distribution function은 위와 같습니다. 온도 T가 증가함에 따라 Fermi level 위쪽에 전자가 있을 확률이 점점 증가하고 아래쪽에 전자가 있을 확률은 점점 감소합니다. 이 때 0K 에서 Fermi level에 전자가 있을 확률은 Fermi-Dirac Distribution function을 통한 계산이 불가능합니다. 다만, 절대온도 0에 한없이 가까운 온도를 가정한다면 50%라고 할 수 있습니다.
3. p-n junction 예상 기출 문제
- p-n junction에 대해 설명하시오.
- p-n junction의 Energy band 구조에 대해 설명하시오.
p-n junction은 p-type 반도체와 n-type 반도체를 접합한 것으로 접합면에는 도핑 농도 차이로 인해 p-type에서는 n-type쪽으로 hole이, n-type에서는 p-type으로 electron이 확산된다. 이 때 각 majority carrier가 남겨둔 전하에 의해 p-type 쪽은 (-) 전하, n-type쪽은 (+) 전하가 형성되고 이로 인해 Electric field가 n-type에서 p-type 방향으로 형성이 된다. 이 때 이 electric field 와 diffusion의 구동력이 동일해지는 구간까지 majority carrier가 사라진 영역, 즉 depletion layer가 형성된다.
diffusion current에 의해 처음 Fermi level이 기울어졌다가 다시 drift current(electric filed)에 의해 energy level이 tilt 된다. 이에 따라 Fermi level 이 다시 기울어져 일직선을 이룬다.
*VB(Built in Voltage)의 역할? n-type 쪽 conduction band에는 수없이 많은 전자가 존재하는데 이 중 VB를 넘어가는 에너지를 가진 전자는 p-type쪽으로 이동할 수 있다. VB를 극복하고 p-type으로 넘어가는 전자 수와 Electric field에 의해 n-type으로 넘어가는 전자 수가 동일해지는 시점이 바로 depletion width가 결정되는 시점이다.
p-type 반도체의 도핑농도가 1.0*10^15, n-type 반도체의 도핑농도가 1.0*10^10으로 p-type의 도핑농도가 더 크면 거리가 짧아도 diffusion이 더 잘 일어나므로 depletion width가 더 좁다.
✍️ 면접 대비 강의라 이해하고 정리할 부분이 많은 것 같다. 특히 그림을 그리며 단계별로 설명할 수 있을 때까지 연습이 필요할 것 같다.
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