반도체 기초 Chapter 6 - 3. 결함 준위

Chapter 6 - 3. 결함 준위

 

 

• 결함 준위를 통한 생성과 재결합

결함 준위 (defect level, trap) E_t

반도체 내의 주기적 에너지 장벽으로 인해 허용에너지 대역(E <= E_v, E >= E_c)과 금지 대역(E_v < E < E_c)이 형성된다. 전자는 금지 대역 구간에 머무를 수 없다. 하지만 원자 배열의 주기성에 결함이 발생할 때가 있다. 이때 전자는 금지 대역 구간에 머무를 수 있다. 결함 준위가 형성된 것이다. 결함 준위가 생성되면 반도체의 전기적 특성도 달라진다.

 

결함 준위가 생성되는 원인

- 서로 다른 반도체끼리 접합

- 소자에 높은 전압 인가

- 소자의 특성 조절을 위한 의도적인 결함

 

원자배열 주기성의 결함 형태에 따른 결함 준위

- 표면 결함 준위: 반도체의 표면에 생성된 결함 준위

- 계면 결함 준위: 반도체 접합층의 경계면에 생성된 결함 준위

반도체 표면과 접합층의 경계면은 결정의 주기성이 깨지는 부분이기 때문에 결함 준위가 존재한다.

 

 

• 결함 준위 생성-재결합

전자의 활동 범위에 따른 전자와 정공의 생성-재결합 

- 결함 준위 생성-재결합 = Shockley Read Hall(SRH) 생성-재결합

전자가 결함 준위와 에너지 대역(가전자 대역과 전도 대역)을 넘나들며 전자-정공 켤레 생성

- 에너지 대역 생성-재결합

전자가 에너지 대역(가전자 대역과 전도 대역)을 넘나들며 전자-정공 켤레 생성

 

Shockley Read Hall(SRH) 생성-재결합

결함 준위의 농도와 결함 준위의 위치는 SRH 생성-재결합에 영향을 미친다. 예를 들면 결함 준위의 농도가 높은 부분에서 SRH 생성-재결합이 에너지 대역 생성-재결합보다 더 활발하다.

 

SRH 생성-재결합이 활발할 때

- 결함 농도가 높을때

- 온도가 높을 때

 

역할에 따른 결함 준위

- 유사 도너 결함 준위: 전도 대역에 전자를 공급하는 도너와 같은 특성을 가진다.

- 유사 억셉터 결함 준위: 가전자 대역에 정공을 생성하는 억셉터와 같은 특성을 가진다.

 

 

 

 

요약

결함 준위는 반도체 내의 결함으로 전기적 특성을 변화시킨다.

결함준위는 서로 다른 반도체 접합, 고전압 인가 그리고 의도적 결함으로 생성된다.

Shockley Read Hall(SRH) 생성-재결합은 결함 준위의 농도와 위치에 영향을 받는다.

 

 

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참고

 

결함 준위가 반도체의 전기적 특성에 미치는 영향

- 반도체 내의 캐리어 이동도, 확산계수, 평균수명 및 확산길이의 변화

- 광발생 소자의 광발생 효율 변화

- 광검출 소자의 광검출 효율 변화

- pn 접합의 역방향 누설 전류의 변화와 순방향 재결합 전류 증가 (스위칭 특성 변화)

- bipolar 트랜지스터의 베이스 누설 전류 변화와 전류 증폭률 저하 (스위칭 특성 변화)

- MOSFET 차단 상태 누설 전류 증가 및 전류 제어 효율의 저하

 

결함 준위의 위치와 농도 분포

- 3차원 결함 농도

- 에너지에 따른 3차원 결함 농도

- 2차원 표면 결함 또는 계면 결함 농도

- 에너지에 따른 2차원 표면 결함 또는 계면 결함 농도