PN접합/PN Junction

PN접합이 실제로는 P형 반도체와 N형 반도체를 즉 파란색 레고블럭과 빨간색 레고블럭을 물리적으로 붙이는것이 아닙니다. P형 타입의 실리콘 웨이퍼에 N형 donor를 implant 하는것입니다. 

 

PN접합을 이해하기전에 제가 엄청 해깔려하는것을 정리하고 시작하려고합니다.

전자, 정공, 양이온, 음이온.  전자는 말그대로 양성자와 중성자로 이루어진 원자핵을 중심으로 공전하고 - 극성을 갖는 입자입니다. 어떠한 원자가 에너지를 얻으면 바깥 껍질로 이동하거나 외각전자가 떨어져나갈수도 있으며 이때 외각전자가 떨어져 나갈때 생기는 가상의 공간을 정공으로 부르기로 했습니다. 이때 기존의 원자상태에서 전자를 잃으면 양이온, 전자를 얻게되면 음이온이 됩니다. 자연에서 어떠한 원소들은 음이온으로 존재하는것이 안정적이며 다른것들은 양이온으로 존재하는것이 안정적입니다.

 

PN접합이 물리적인 접합으로 이루어지는것이 아니지만 그렇다고 가정할시 PN을 붙이게되면 각 n타입과 p타입의 전자와 정공이 서로 물과 물감이 섞이듯이 확산(diffusion)이 일어나게 됩니다. 그렇게 되면 n타입의 대부분의 전자들과 p타입의 대부분의 정공이 결합하여 사라집니다. 그렇게 되면 n 타입은 많은 전자들이 없어져서 양이온이 남게 되고 반대로 p타입은 많은 정공들이 자유전자와 결합하여 음이온이 남게되어 np 접합에서 시간이 많이 흘러 정상상태에서 +-이온들이 결합하여 작은 electric field를 생성하게되고 이는 음,양이온만 존재하고 자유전자나 정공이 없으므로 이를 공핍층이라고합니다.  그러나 결과론적으로 이러한 전계가 있어 drift 확산전류가 생성되야하지만 균형상태가 유지된다는것은 그 반대로 확산 diffusion 전류가 서로 상쇄함을 유추 할수 있습니다.

 

drift는 말그대로 양단에 전압을 걸어 전자를 이동시키는 즉 끌고간다는 의미로 drift 전류이며 diffusion은 물감이 물에 뿌려 흩어지듯이 다른 농도[n,p]가 서로 만났을때 발생되는 전류를 말합니다.