반도체 기초 Chapter 9 - 1. 반도체 이종접합과 금속-반도체 접합의 특성

Chapter 9 - 1. 반도체 이종접합과 금속-반도체 접합의 특성

 

이종접합(heterojunction) 방식은 동종접합 방식과 다르게 서로 다른 전자와 정공의 에너지 장벽을 독립적으로 조절할 수 있다. 예를 들면 특정 캐리어의 이동을 자유롭게 할 수 있다. 따라서 반도체 소자의 성능을 향상시키는데 도움이 된다.

 

이종접합의 구조

- 에너지 밴드갭이 서로 다른 두 반도체의 접합

- 금속과 반도체의 접합

 

이종접합을 이해하기 위해 알아야 할 내용

- 이종접합의 에너지 대역도 (이종접합의 형태에 따라 에너지 대역도는 달라진다.)

- 이종접합 다이오드의 전류-전압 특성

 

금속과 반도체의 접합 특징

- 전류-전압 특성은 전압의 극성에 따라 방향성이 정해지는 것과 그렇지 않은 것이 있다.

- pn접합 다이오드와 비교했을 때 차이점이 있다.

 

 

• 이종접합과 에너지 대역도

이종접합(heterojunction)은 서로 다른 밴드갭을 가진 두 반도체를 접합한 방식이다. 이종접합을 활용하면 에너지 장벽을 조절하여 정보를 저장할 수 있다. 또한 양자 효과를 만들어서 차세대 반도체 소자를 제작하기도 한다.

 

이종접합을 이용한 반도체 소자

- 이종접합 바이폴라 트랜지스터 (HBT)

- 고이동도 전계효과 트랜지스터 (HEMT)

- MOSFET

- 박막 트랜지스터 (TFT)

- 플로팅 게이트 플래시 메모리

- 전하 포획 메모리 (CTF)

- 고효율 태양전지 (solar cell)

- 고효율 발광 다이오드 (LED)

 

이종접합의 구분

- 안장형 이종접합 (straddling heterojunction)

- 엇물린 이종접합 (staggered heterojunction)

- 어긋난 이종접합 (broken-gap heterojunction)

 

일반적으로 이종접합에 사용되는 두 반도체의 에너지 밴드갭 차이가 클수록 활용에 효과적이다. 하지만 이종접합의 경계면에서 원자 배열의 결함 때문에 전기적 특성이 변화한다. 따라서 이종 접합에 밴드갭 차이가 크고 원자 배열의 결함이 발생하지 않는 반도체 조합을 사용 해야한다.

 

이종접합의 특징

- 전도 대역의 전자와 가전자 대역의 정공에 대한 에너지 장벽이 다르다.

- 밴드갭이 작은 영역의 다수 캐리어에 대한 에너지 장벽 > 밴드갭이 큰 영역의 다수 캐리어에 대한 에너지 장벽*

 

* 예시

밴드갭이 작은 p형 반도체와 밴드갭이 큰 n형 반도체의 접합

p형 반도체에서 n형 반도체로 넘어가는 정공의 에너지 장벽 > n형 반도체에서 p형 반도체로 넘어가는 전자의 에너지 장벽

 

 

요약

이종접합은 에너지 밴드갭이 다른 재료를 결합한다.

밴드갭이 다른 반도체의 이종접합과 금속-반도체 접합은 전류-전압 특성에서 차이가 있으며 이를 에너지 대역도를 통해 이해한다.

이종접합은 에너지 밴드갭의 차이에 따라 다양한 특성을 가진다. 

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참고

 

밴드갭이 큰 쪽의 도핑 영역을 대문자(N, P)로 표기하고 밴드갭이 작은 쪽의 도핑 영역을 소문자(n, p)로 표기한다.