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반도체 공학 : 그림으로 보여주는 반도체의 핵심 원리

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  • 저 : 김동명
  • 출판사 : 한빛아카데미
  • 발행 : 2013년 08월 05일
  • 쪽수 : 1012
  • 제품구성 : 전1권
  • ISBN : 9788998756529
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    출판사 서평

    상세한 풀이 과정, 깊이 있는 분석으로 반도체의 기본 지식을 익힌다!

    [누구를 위한 책인가?]
    이 책은 반도체의 기본 지식을 폭넓고 깊이 있게 학습하고자 하는 반도체 분야 전공자와 실무자를 위한 책으로, 반도체 물리와 소자에 대한 기초를 탄탄히 제대로 세울 수 있다.

    이 책의 가장 큰 특징은 장마다 J=Q'N 라는 일관된 컨셉을 중심으로 학습의 전체적인 구성과 흐름을 설명해 준다는 것이다. 이를 통해 학생들은 단순히 외우는 학습이 아닌 원리를 이해하는 방법을 배우게 될 것이다. 또한 수식의 의미를 잘 파악할 수 있도록 유도 및 풀이 과정을 자세히 설명하였으며, 눈에 보이지 않는 원자나 전자의 흐름을 상상할 수 있도록 컬러 그림으로 제시하여 직관적으로 반도체를 이해할 수 있게 하였다.

    특징

    ① 반도체 물성부터 반도체 소자까지 반도체의 기본 지식을 폭넓게 다루고 있다.
    -. 반도체의 기본 핵심 원리의 모든 것을 다루고 있으므로, 반도체의 기초를 탄탄히 하고 싶은 전공자 및 실무자에게 큰 도움을 줄 수 있는 책이다.

    ② 외우는 학습이 아닌 '이해할 수 있도록' 반도체 공학을 설명한다.
    -. 의미를 한 눈에 파악할 수 있는 직관적인 컬러 그림과 자세한 수식 유도 및 풀이 과정으로 개념과 수식을 이해하고 활용할 수 있다. 또한 J=ΣQ'N 라는 일관된 컨셉은 각각의 개념을 서로 연계하여 더욱 명확히 이해할 수 있도록 도와준다.

    ③ 근거 있는 설명으로 더욱 '깊이 있게' 생각하는 방법을 배운다.
    -. 단순히 'C 다음에 D가 온다.' 는 설명 대신, 'A가 온 뒤에 B가 오고, B의 영향으로 C가 생겨, 결국 D가 된다.' 는 설명 방식으로, 하나의 현상을 깊숙이 파고 들어 학습할 수 있다.

    부/장별 내용 요약

    이 책은 전자기 현상을 이해하기 위한 여러 법칙과 이론을 비교적 간결하게 설명하면서 연습문제 풀이를 통하여 이론 습득의 효율성을 추구하였다.

    1. 1~2장_반도체 특성 이해를 위한 기초
    반도체를 구성하는 원자 배열 구조, 전기적 특성을 지배하는 전자의 특성해석의 도구인 양자역학 기초를 다룬다.

    2. 3~4장_에너지 대역 형성과 캐리어 농도
    주기적 원자배열 구조 반도체의 에너지 대역 형성, 열평형 상태의 전자와 정공 농도를 지배하는 요소, 도핑을 통한 농도 조절방법에 대해 다룬다.

    3. 5~6장_전류의 형성과 연속 방정식
    반도체에 전압이 인가된 경우 드리프트 전류와 확산 전류의 형성 과정, 이동도에 관해 설명하며, 캐리어 농도의 공간적 분포와 시간에 따른 변화를 지배하는 연속방정식과 응용에 관해 다룬다.

    4. 7~9장_접합의 형성과 전류-전압 특성
    반도체와 집적회로를 구성하는 핵심요소인 pn 접합, 금속-반도체 접합, 이종 접합의 인가 전압에 따른 에너지 대역도 변화와 전류-전압 특성 변화에 대해 다룬다.

    5. 10~13장_트랜지스터의 구조와 전기적 특성
    증폭 기능을 가진 3단자 트랜지스터의 구조와 동작원리, 전류-전압 특성에 관해 학습한다. 바이폴라 트랜지스터(BJT), 절연 게이트를 이용한 MOSFET, 접합형 게이트를 이용한 JFET/MESFET을 깊이 있게 다룬다.

    6. 14장_반도체 광소자의 특성
    반도체를 이용한 광신호를 전기적 신호로 변환하는 광검출 소자, 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지, 전기에너지를 빛으로 발생하는 발광소자의 구조와 핵심 동작 원리에 관해 다룬다.

    목차

    지은이 소개
    강의 계획
    지은이 머리말
    강의 보조 자료
    학습 로드맵

    Chapter 01 고체의 원자 배열
    이 장의 구성과 학습 내용
    1.1|반도체란? J=ΣQ'N ??
    1.1.1 전기전도도(σ)에 따른 고체의 분류
    1.1.2 반도체
    1.2|결정성 반도체
    1.2.1 원자 배열의 주기성에 따른 고체의 분류
    1.2.2 결정성 반도체
    1.3|주기적 원자 배열 구조
    1.3.1 단위셀과 기본벡터
    1.3.2 최소 단위셀과 최소 기본벡터
    1.4|고체의 결정 구조
    1.4.1 단위셀의 형태
    1.4.2 단위셀 내의 유효 원자수
    1.5|결정성 반도체의 방향 및 결정면
    1.5.1 결정 내의 방향 표시 [pqs]
    1.5.2 밀러 지수와 결정면 표시
    1.6|역공간 및 역격자
    1.6.1 실공간과 역공간
    1.6.2 역격자 공간
    1.7|결정 결함
    연습문제

    Chapter 02 반도체 특성 이해를 위한 양자역학 기초
    이 장의 구성과 학습 내용
    2.1|양자역학의 기초
    2.1.1 왜 양자역학을 배워야 하는가
    2.1.2 광전효과 실험
    2.1.3 양자역학을 위한 기초개념
    2.2|슈뢰딩거 파동방정식
    2.2.1 파동함수의 기본 가정
    2.2.2 파동방정식과 파동함수
    2.3|슈뢰딩거 파동방정식의 응용
    2.3.1 1차원 자유공간에서 전자의 특성
    2.3.2 1차원 무한 에너지 장벽에 갇힌 전자의 특성
    2.3.3 유한 에너지 우물에 갇힌 전자의 특성
    2.3.4 계단형 에너지 장벽 구조에서 전자의 전파 특성
    2.3.5 유한한 두께를 가진 에너지 장벽 구조에서 전자의 특성
    2.4|수소원자 모델: 3차원 파동방정식을 이용한 원자 내 전자의 특성
    2.4.1 왜 수소원자 모델을 이해해야 하는가
    2.4.2 수소원자 모델과 양자역학적 해석
    2.5|보어의 수소원자 모델과 준-양자역학적 해석
    연습문제

    Chapter 03 에너지 대역 형성과 이동전하
    이 장의 구성과 학습 내용
    3.1|허용 및 금지에너지 대역
    3.1.1 크로니히-페니 모델
    3.1.2 반도체 내에 존재하는 전자(E<ΔE)의 전파 특성과 E-k 관계도
    3.1.3 주기적 원자 배열 구조와 역공간에서의 주기성 및 최소 단위셀
    3.2|전도 대역과 가전자 대역 : 전자와 정공의 정의
    3.2.1 가전자 대역과 전도 대역
    3.2.2 역공간의 E-k 관계도와 반도체의 특성
    3.2.3 전계에 의한 드리프트 전류의 형성
    3.2.4 E-k 관계도와 전자의 유효질량
    3.2.5 가전자 대역 정공에 의한 전류
    3.3|에너지 밴드갭에 따른 고체의 분류
    3.4|허용에너지 상태밀도함수
    3.4.1 허용에너지 상태밀도함수 g(E)
    3.4.2 3차원 무한 에너지 장벽 내의 전자와 양자화
    3.5|전자 및 정공의 분포함수 f(E)
    3.5.1 페르미-디랙 분포함수 fFD(E)의 유도
    3.5.2 맥스웰-볼츠만 분포함수 fMB(E)
    연습문제

    Chapter 04 열평형 상태 반도체 내의 이동전하
    : 전자와 정공의 농도
    이 장의 구성과 학습 내용
    4.1|전자와 정공 농도 : 의미와 표시 방법
    4.1.1 열평형 상태의 전자와 정공의 분포
    4.1.2 페르미 준위 EF
    4.2|순수 반도체와 고유 캐리어 농도
    4.2.1 고유 캐리어 농도 ni
    4.2.2 고유 페르미 준위 Ei(EFi)
    4.3|불순물 주입에 의한 전기적 특성 조절
    4.3.1 전기적 특성 조절을 위한 불순물 주입
    4.3.2 불순물 주입 반도체의 열평형 상태 전자와 정공 농도
    4.4|불순물의 이온화와 캐리어 농도
    4.5|불순물 주입 반도체의 전자와 정공 농도
    4.5.1 반도체 내의 전하의 종류와 중성전하 조건
    4.5.2 열평형 상태의 전자와 정공 농도
    4.5.3 온도에 따른 불순물의 이온화와 다수 캐리어 농도 변화
    4.6|반도체의 불순물 농도와 페르미 준위
    4.7|페르미 준위의 공간적 분포 EF(x)
    4.7.1 페르미 준위 EF(x)의 공간적 분포
    연습문제

    Chapter 05 전하의 이동과 전류 형성
    이 장의 구성과 학습 내용
    5.1|전계에 의한 드리프트 전류 : Jdrift
    5.1.1 전계에 의한 전자와 정공의 드리프트
    5.1.2 드리프트 전류의 형성과 이동도 Jdrift
    5.1.3 드리프트 전류의 형성과 전기전도도
    5.1.4 이동도의 온도와 불순물 농도 의존성
    5.2|농도기울기에 의한 확산 전류 : Jdiff
    5.3|드리프트-확산 전류 모델
    5.4|불균일 도핑 반도체의 내부 전계
    5.4.1 불순물 농도 불균일로 인해 형성된 열평형 상태의 내부 전계 εbi
    5.4.2 아인쉬타인 관계식:이동도와 확산계수의 관계
    5.5|홀 효과와 다수 캐리어 특성 측정
    연습문제

    Chapter 06 과잉 캐리어와 연속방정식
    이 장의 구성과 학습 내용
    6.1|과잉 캐리어의 생성과 재결합
    6.1.1 열평형 상태의 반도체에서 캐리어의 생성과 재결합
    6.1.2 비평형 상태에서 과잉 캐리어의 생성 및 재결합
    6.1.3 과잉 캐리어의 생성 및 재결합의 예
    6.2|연속방정식 : 시간에 따른 농도 분포
    6.3|중성영역의 켤레전하 전송방정식
    6.3.1 과잉 전자와 정공의 켤레전하 전송방정식
    6.3.2 불순물 주입된 반도체의 켤레전하 전송방정식
    6.3.3 과잉 캐리어의 확산방정식
    6.3.4 켤레전하 전송방정식의 응용
    6.4|쇼클리-헤인즈 측정법
    6.5|유사 페르미 준위와 과잉 캐리어 농도
    6.6|결함 준위를 통한 생성과 재결합
    6.6.1 결함 준위를 통한 캐리어의 생성 및 재결합
    6.6.2 결함 준위를 통한 생성과 재결합 : SRH 생성-재결합
    6.7|계면 결함 준위를 통한 생성과 재결합
    연습문제

    Chapter 07 반도체 접합의 형성과 에너지 대역도
    이 장의 구성과 학습 내용
    7.1|반도체 접합의 종류
    7.2|pn 접합의 형성과 열평형 상태 에너지 대역도
    7.2.1 에너지 대역도의 중요성
    7.2.2 에너지 대역도 이해를 위한 기초
    7.2.3 pn 접합의 형성과 열평형 상태 도달 과정
    7.2.4 열평형 상태 에너지 대역도를 구하는 과정
    7.2.5 열평형 상태의 공간전하영역의 폭과 최대 전계
    7.2.6 디바이 길이와 공간전하영역 구분 가정의 타당성
    7.3|인가 전압과 pn 접합의 특성 변화
    7.3.1 전압에 의한 pn 접합 특성 변화
    7.3.2 pn 접합의 접합 정전용량
    7.3.3 공핍 정전용량 변화를 이용한 기판 특성 분석 방법
    연습문제

    Chapter 08 pn 접합 다이오드의 전류-전압 특성
    이 장의 구성과 학습 내용
    8.1|pn 접합 다이오드의 DC 전류-전압 특성
    8.1.1 중성영역의 소수 캐리어 농도 분포
    8.1.2 중성영역 내의 과잉 캐리어 농도 분포
    8.1.3 이상적인 pn 접합 다이오드의 전류-전압 특성
    8.1.4 중성영역의 불순물 농도와 길이에 따른 전류-전압 특성
    8.1.5 역방향 누설 전류와 물리적 메커니즘
    8.2|공간전하영역에서 생성과 재결합 전류
    8.2.1 역방향 전압이 인가된 공간전하영역의 열생성에 의한 누설 전류
    8.2.2 순방향 전압이 인가된 공간전하영역의 재결합 전류
    8.2.3 공간전하영역에서 재결합을 고려한 순방향 전류-전압 특성
    8.3|pn 접합 다이오드의 역방향 접합 붕괴 현상
    8.3.1 눈사태 접합 붕괴
    8.3.2 제너 접합 붕괴
    8.3.3 침식 접합 붕괴
    8.4|pn 접합 다이오드의 소신호 등가회로
    8.5|전하 제어 모델과 과도 응답 특성 해석
    8.5.1 과잉 캐리어 축적과 스위칭 특성 해석을 위한 전하 제어 모델
    8.5.2 p+n 다이오드의 차단시 과도 응답 특성 해석
    연습문제

    Chapter 09 금속-반도체 접합과 반도체 이종 접합
    이 장의 구성과 학습 내용
    9.1|금속-반도체 접합의 종류와 전기적 특성
    9.2|정류형 금속-반도체 접합 : 쇼트키 접합
    9.2.1 금속-n형 반도체로 이루어진 n형 쇼트키 접합의 에너지 대역도
    9.2.2 열방출 이론에 의한 쇼트키 다이오드의 전류-전압 관계식
    9.2.3 n형 쇼트키 접합과 p+n 접합의 비교
    9.3|옴성 금속-반도체 접합
    9.4|반도체 이종 접합과 전기적 특성
    9.4.1 반도체 이종 접합이란?
    9.4.2 에너지 대역도를 그리는 방법
    9.4.3 에너지 대역도를 통한 전자와 정공에 대한 에너지 장벽의 이해
    9.5|이종 접합의 과잉 캐리어 농도 분포
    9.6|이종 접합 다이오드의 전류-전압 특성
    연습문제

    Chapter 10 바이폴라 트랜지스터의 전류-전압 특성
    이 장의 구성과 학습 내용
    10.1|바이폴라 트랜지스터의 구조와 동작 원리
    10.1.1 역방향 전압이 인가된 pn 접합 다이오드의 역방향 전류
    10.1.2 역방향 전압이 인가된 pn 접합의 역방향 전류 조절
    10.1.3 pn 접합 2개로 구현된 바이폴라 트랜지스터의 구조와 동작
    10.2|중성영역의 과잉 소수 캐리어 농도 분포
    10.3|바이폴라 트랜지스터의 전류-전압 특성
    10.3.1 바이폴라 트랜지스터의 전류 구성성분
    10.3.2 npn 바이폴라 트랜지스터의 순방향 능동 동작 전류
    10.3.3 바이폴라 트랜지스터의 전류 증폭률
    10.3.4 바이폴라 트랜지스터의 전류 증폭률을 지배하는 요소
    10.3.5 바이폴라 트랜지스터의 콜렉터, 베이스, 에미터 전류의 해석적 모델
    10.4|실제 바이폴라 트랜지스터의 전류-전압 특성
    10.4.1 베이스폭 변조효과와 콜렉터 전류 변화
    10.4.2 베이스 저항으로 인해 에미터 전류가 모서리로 붐비는 현상
    10.4.3 불균일하게 도핑된 베이스에 형성된 내부 전계와 전기적 특성의 변화
    10.4.4 큰 콜렉터 전압에 의한 콜렉터 전류 붕괴
    10.5|바이폴라 트랜지스터의 등가 모델
    10.5.1 에버스-몰(Ebers-Moll)의 결합 다이오드 모델
    10.5.2 ac 특성 분석에 사용되는 소신호 등가회로 모델
    10.5.3 스위칭/과도 응답 특성 해석을 위한 전하 제어 모델
    연습문제

    Chapter 11 MOS 구조의 전기적 특성
    이 장의 구성과 학습 내용
    11.1|MOS 구조의 전기적 특성
    11.1.1 접합을 이루기 전 MOS 구조를 이루는 각 영역의 특성변수
    11.1.2 열평형 상태인 MOS 구조의 에너지 대역도
    11.1.3 금속 게이트를 사용한 n-MOS 구조의 에너지 대역도
    11.2|전압이 인가된 MOS 구조의 에너지 대역도
    11.2.1 공핍 상태의 전압이 인가된 MOS 구조의 에너지 대역도
    11.2.2 기판영역의 표면 전위와 MOS 구조의 전기적 특성
    11.2.3 에너지 대역도와 반도체 기판영역의 캐리어 농도 분포
    11.2.4 n-MOS와 p-MOS 구조의 에너지 대역도 비교
    11.3|기판영역의 2차원 표면전하량 QS
    11.3.1 표면 전위에 따른 표면전하량의 변화
    11.3.2 게이트 전압에 의한 표면 전위 변화와 동작 상태의 구분
    11.3.3 표면 전위 변화에 따른 동작 상태의 구분과 표면전하
    11.3.4 게이트 전압에 의한 기판 표면전하량의 변화와 드레인 전류의 관계
    11.4|MOS 구조의 임계 전압과 일함수
    11.4.1 MOS 구조의 임계 전압
    11.4.2 온도에 따른 임계 전압 변화
    11.5|MOS 구조의 정전용량 변화(C-V) 특성
    11.5.1 이상적인 MOS 구조의 C-V 특성
    11.5.2 임계 전압보다 작은 게이트 전압이 인가된 경우 MOS 구조의 C-V 특성
    11.5.3 임계 전압보다 큰 전압이 인가된 경우 C-V 특성
    11.5.4 느린 게이트 주사 전압에 대한 C-V 특성
    11.5.5 빠른 게이트 주사 전압에 의한 과도 공핍과 C-V 특성
    11.5.6 N-MOS 구조의 C-V 특성의 예
    11.5.7 산화막과 산화막/기판 경계면 전하와 C-V 특성
    연습문제

    Chapter 12 MOSFET의 전류-전압 특성
    이 장의 구성과 학습 내용
    12.1|MOSFET의 전류-전압 특성
    12.1.1 MOSFET의 구조와 전류 관계식
    12.1.2 선형영역 전류-전압 특성
    12.1.3 포화영역 전류-전압 특성
    12.2|MOSFET의 전류-전압 관계식과 전달컨덕턴스
    12.2.1 MOSFET의 입-출력 전달컨덕턴스 gm
    12.2.2 MOSFET과 BJT의 특성 비교
    12.3|포화영역 채널길이 변조효과와 기판 전압 효과
    12.3.1 드레인 전압에 의한 포화영역 채널길이 변조현상
    12.3.2 기판 전압에 의한 임계 전압의 변화
    12.4|약한 반전 상태의 드레인 누설 전류와 기울기
    12.5|MOSFET의 소신호 등가회로 모델
    12.5.1 MOSFET에 인가된 소신호의 크기
    12.5.2 MOSFET의 소신호 등가회로
    12.5.3 기생저항을 고려한 MOSFET의 소신호 등가회로 모델
    12.5.4 게이트-드레인 커패시턴스와 밀러 효과
    12.5.5 기생저항에 의한 전달컨덕턴스의 변화
    12.6|큰 드레인 전압이 인가된 MOSFET의 특성
    12.6.1 큰 운동에너지를 가진 과열 전자
    12.6.2 MOSFET의 눈사태 붕괴
    12.7|기생 BJT와 MOSFET의 전기적 특성
    12.7.1 기생 BJT에 의한 드레인 전류 급반등 현상
    12.7.2 CMOS에서 기생 BJT에 의한 드레인 전류 잠김 현상
    12.8|MOSFET의 특성변수 추출 방법
    12.8.1 선형영역의 전류-전압 특성으로부터 채널 캐리어의 이동도 추출(μn)
    12.8.2 전달 특성을 이용한 임계 전압의 추출
    12.9|MOSFET의 소형화로 인한 특성 변화
    12.9.1 짧은 채널 MOSFET의 속도 포화와 드레인 전류의 변화
    12.9.2 수직방향 전계에 의한 유효 이동도 변화
    12.9.3 MOSFET의 소형화로 인한 임계 전압의 변화
    12.9.4 MOSFET의 누설 전류
    연습문제

    Chapter 13 접합형 전계효과 트랜지스터의 전류-전압 특성
    이 장의 구성과 학습 내용
    13.1|접합형 전계효과 트랜지스터의 구조와 동작
    13.2|접합형 전계효과 트랜지스터의 전기적 특성
    13.2.1 선형영역에서의 전류-전압 특성
    13.2.2 포화영역에서의 전류-전압 특성
    13.2.3 JFET/MESFET의 입출력 전달 특성
    13.3|짧은 채널효과
    13.3.1 포화영역의 채널길이 변조효과
    13.3.2 드레인 전압에 의한 유효 채널길이 변화와 채널길이 변조계수
    13.4|소신호 특성과 등가회로
    13.5|이종 접합 고이동도 전계효과 트랜지스터
    연습문제

    Chapter 14 반도체 광소자
    이 장의 구성과 학습 내용
    14.1|광검출 소자의 구조와 동작 원리
    14.1.1 반도체의 광흡수와 과잉 캐리어의 생성
    14.1.2 광전도 소자의 구조와 동작 원리
    14.1.3 광다이오드의 구조와 동작 원리
    14.2|태양전지의 구조와 동작 원리
    14.3|발광 소자의 구조와 동작 원리
    14.3.1 발광의 원리
    14.3.2 발광 다이오드의 구조와 동작 원리
    14.3.3 레이저 다이오드의 구조와 동작 원리
    연습문제

    참고 문헌
    찾아보기>

    저자소개

    생년월일 -
    출생지 -
    출간도서 0종
    판매수 0권

    서울대학교 공과대학에서 전자공학 학사(1986)와 석사(1988)를 마치고, 한국과학기술연구원(KIST)에서 연구원으로 근무하였다. 1989년 국비유학생으로 선발되어 미국 미네소타대학교에서 전기공학 박사학위(1993)를 취득한 후, 1993년 3월부터 국민대학교 전자공학부 교수로 재직하고 있다. 반도체 공학, 전자기학, 집적회로 등을 강의하며, 반도체및집적회로연구실(S!LK)을 통해 반도체 소자 분야의 핵심 전문인력을 양성하고 있다.

    반도체 소자와 집적회로의 설계, 제작, 특성분석, 및 모델링 분야의 전문가로서 활발한 연구를 수행하고 있으며, SCI 등재저널에 약

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