물리전자공학(개념이 보이는)(한빛교재시리즈 335)

■ 도서 장점(마케팅 포인트)

① 전공자뿐만 아니라 비전공자도 반도체의 기초(기본적인 물성 개념 + 반도체 소자 및 기술)을 쉽게 이해할 수 있다.

② 사진이나 그림 등의 시각적인 자료를 충분히 활용하여 개념을 설명한다.

③ 정량적인 설명에 치우치지 않고 정성적인 설명으로 더욱 깊이 있게 접근한다.

④ 절별 '핵심포인트'를 통해 핵심 내용을 파악할 수 있다.



■ 도서 특징(책 표지 글)

나무와 꽃은 아름다운 숲을 구성하는 요소

명확한 개념 설명을 통해 전체 흐름을 파악하자!



【누구를 위한 책인가?】

이 책은 반도체 기초를 배우려는 전기전자, 기계, 물리, 화학 관련 학생들과 현장 실무자 및 타 전공의 대학원생 등의 비전공자들을 대상으로 한다. 따라서 반도체 물성의 기초부터 반도체 접합, 광전자 및 특수 반도체 소자까지 전체적인 '흐름'을 파악하며 학습할 수 있도록 구성하였다. 개념을 명확하게 정의하고 정성적으로 설명하며, 다양한 예제와 풍부한 그림을 통해 핵심 개념이 잘 보일 수 있도록 하였다.



① 1장~3장_고체전자 물리

1~3장은 개별 반도체의 물성을 다룬다. 1장은 물리전자공학에 대한 서론으로 반도체의 기본 특성과 성장법, 결정고체를 학습하는 데 필요한 용어와 양자역학의 기초를 다룬다. 2장은 반도체 에너지 밴드 형성 메커니즘과 전자천이, 캐리어 농도와 이동도 및 전도도의 개념과 의존성 등 에너지 밴드와 반도체 캐리어의 물성을 다룬다. 3장에서는 반도체의 광흡수에 의한 과잉캐리어 생성과 재결합 메커니즘, 과잉캐리어의 확산과 표동 등 광자와 반도체에서의 과잉캐리어의 거동을 설명한다.



② 4장_반도체 제조 공정

4장은 개별 반도체를 어떻게 pn 접합시키고 소자화하는가에 대해 논의한다. 반도체 pn 접합 제조 공정과 불순물 농도구배, 개괄적 반도체 소자 제조 공정, 리소그래피 기술, 포토리소그래피와 관련한 세부 기술, 차세대 리소그래피 기술, 식각 기술과 공정을 설명한다.



③ 5장~7장_반도체ㆍ광소자

5장~7장은 공정을 통해 제작된 pn 접합 및 다중 접합 반도체의 물성과 소자 특성을 설명한다. 5장에서는 열적평형상태와 바이어스된 정상상태 및 과도상태 반도체 접합의 물성, 금속-반도체 접합과 이종접합 등 반도체 접합에 대한 물성을 살펴본다. 6장은 pn 접합다이오드, 쌍극성 접합 트랜지스터, 전계효과 트랜지스터의 물성 및 동작 특성을 설명한다. 7장에서는 광검출기, 태양전지, 발광다이오드, 반도체 레이저 다이오드 등 소자와 다접합 특수 반도체 소자의 물성 및 동작 특성을 다룬다.

Chapter 01 결정과 반도체 물성의 기초

1.1│반도체의 기본 특성들

1.2│결정학적 용어와 결정고체의 원자 배열

1.2.1 결정학적 용어

1.2.2 입방체

1.2.3 결정면과 방향

1.2.4 다이아몬드 격자구조

1.2.5 대표적인 반도체의 기본 물성

1.3│벌크 결정성장

1.3.1 브리지만 성장법

1.3.2 초크랄스키 성장법

1.3.3 대역정제와 부유대역 성장법

1.4│화합물 반도체의 에피택시

1.4.1 격자정합

1.4.2 격자상수와 에너지 밴드갭의 상관도

1.4.3 III-V족 화합물 반도체

1.4.4 III-V족 질화물 반도체

1.4.5 변위층 초격자

1.5│에피택시 성장법

1.5.1 액상 에피택시(LPE)

1.5.2 기상 에피택시(VPE)

1.5.3 분자선 에피택시(MBE)

1.6│원자 및 고체의 전자 구조

1.6.1 소립자에 대한 역사적 배경

1.6.2 양자론과 실험적 관찰

1.6.3 보어모델

1.7│양자역학의 기초

1.7.1 불확실성 원리

1.7.2 확률밀도함수

1.7.3 파동방정식

1.7.4 무한 전위우물 문제에 대한 파동방정식의 해

1.7.5 터널링 현상

1.7.6 수소 원자의 양자수와 주기율표

:: 연습문제



Chapter 02 에너지 밴드와 반도체 캐리어

2.1│고체의 결합력과 에너지 밴드

2.1.1 고체의 결합

2.1.2 에너지 밴드에 대한 정성적 고찰 : E - x 다이어그램

2.1.3 에너지 밴드에 대한 정량적 고찰 : E - k 다이어그램

2.2│반도체 캐리어

2.2.1 전류전도 성분

2.2.2 유효질량

2.2.3 진성 반도체에서의 캐리어

2.2.4 외인성 반도체에서의 캐리어

2.2.5 결합에너지 근사

2.2.6 화합물 반도체의 도핑과 양자우물에서의 캐리어

2.3│페르미 준위와 반도체 캐리어 농도

2.3.1 통계학적 입자 분포

2.3.2 페르미 준위

2.3.3 열적평형상태에서의 캐리어 농도

2.3.4 캐리어 농도의 온도 의존성

2.3.5 보상과 공간전하중성

2.4│전계와 자계에서의 캐리어 거동

2.4.1 전자전류 밀도와 전도도

2.4.2 전자의 표동과 이동도

2.4.3 이동도의 온도 의존성과 도핑 의존성

2.4.4 강전계 효과 및 건다이오드

2.4.5 홀효과

:: 연습문제



Chapter 03 광자와 과잉캐리어

3.1│광흡수와 루미네선스

3.1.1 광흡수

3.1.2 루미네선스

3.1.3 광도전체

3.2│과도상태와 재결합

3.2.1 과도상태에서의 직접재결합

3.2.2 과도상태에서의 간접재결합과 포획

3.2.3 과도상태 재결합에 대한 실험적 관찰

3.3│정상상태와 캐리어

3.3.1 정상상태에서의 캐리어 생성

3.3.2 페르미 준위와 의사페르미 준위

3.3.3 과잉캐리어 확산과 표동

3.3.4 내부전계에 의한 밴드 변화

3.3.5 열적평형상태 이동도와 확산계수 관계식(아인슈타인 관계식)

3.3.6 연속방정식과 확산방정식

3.3.7 소수캐리어 이동도와 확산계수 측정

3.3.8 의사페르미 준위의 경사도－수정된 옴의 법칙

:: 연습문제



Chapter 04 반도체 접합 및 소자 제조 공정

4.1│반도체 접합 제조와 불순물 농도구배

4.1.1 성장형 및 합금형 접합 제조와 불순물 농도구배

4.1.2 확산에 의한 접합 제조와 농도구배

4.1.3 이온주입에 의한 접합 제조

4.2│반도체 소자 제조 공정

4.3│리소그래피 기술

4.3.1 감광막 도포 및 베이킹 기술

4.3.2 포토마스크

4.3.3 마스크－감광막 정렬 및 노광장치

4.3.4 포토리소그래피에서의 광학 문제

4.3.5 차세대 리소그래피 기술

4.4│식각 기술

:: 연습문제



Chapter 05 반도체 접합의 물성

5.1│열적평형상태에서의 접합

5.1.1 열적평형상태에서의 에너지 밴드

5.1.2 열적평형상태에서의 접촉전위차 Vo

5.1.3 열적평형상태에서의 접합에 대한 페르미 준위와 전이영역

5.1.4 열적평형상태에서의 접합에 대한 공간전하 문제

5.2│정상상태에서의 접합-바이어스된 접합

5.2.1 바이어스된 접합의 정성적 이해

5.2.2 다이오드 방정식의 정량적 이해

5.2.3 다수캐리어 전류

5.2.4 접합의 항복현상

5.3│과도상태에서의 접합-교류바이어스 인가

5.3.1 축적전하의 시간적 거동에 따른 전류 표현

5.3.2 순방향 차단 과도상태

5.3.3 역방향 회복과도현상과 축적지연시간

5.4│pn 접합의 정전용량

5.4.1 접합 정전용량

5.4.2 전하축적 정전용량

5.5│접합의 부가적 효과

5.5.1 캐리어 주입에 대한 접촉전위 효과와 다수캐리어의 변동

5.5.2 공간전하영역에서의 캐리어 재결합과 생성 문제

5.5.3 오믹효과

5.5.4 경사형 접합 문제

5.6│금속-반도체 접합

5.6.1 쇼트키 장벽과 정류성 접촉

5.6.2 쇼트키다이오드의 동작 특성

5.6.3 금속－반도체 비정류성 접촉

5.6.4 실질적인 오믹접촉 방법

5.6.5 화합물 반도체에서의 페르미 준위 고정효과

5.7│이종접합

5.7.1 이종접합의 에너지 밴드 다이어그램

5.7.2 이종접합에서의 이차원 전자기체 형성

:: 연습문제



Chapter 06 접합다이오드와 트랜지스터 물성

6.1│일반 pn 접합다이오드

6.1.1 정류기

6.1.2 스위칭다이오드

6.1.3 제너다이오드

6.1.4 버랙터

6.2│축퇴반도체와 터널다이오드

6.3│쌍극성 접합 트랜지스터의 물성

6.3.1 트랜지스터의 기본 특성

6.3.2 BJT의 기본 구조 및 동작기구

6.3.3 BJT의 전류 성분과 증폭

6.3.4 소수캐리어 분포와 단자전류

6.4│전계효과 트랜지스터의 물성

6.4.1 접합 전계효과 트랜지스터(JFET)

6.4.2 MOSFET의 기초

6.4.3 이상적인 MOS 구조의 이해

6.4.4 실제 MOS 구조

:: 연습문제



Chapter 07 광전자 및 특수 반도체 소자

7.1│광검출기와 태양전지

7.1.1 광생성 캐리어의 응답 특성

7.1.2 광검출기

7.1.3 태양전지

7.2│발광다이오드

7.2.1 광원의 발광 스펙트럼 및 메커니즘

7.2.2 LED의 기본 특성

7.2.3 LED 효율

7.2.4 광추출효율의 개선－기초 사항

7.2.5 표면 패터닝과 GaN 기반 LED

7.2.6 광공진기 구조 LED

7.3│레이저 기초와 반도체 레이저

7.3.1 아인슈타인의 계수

7.3.2 레이저 공진기

7.3.3 레이저 기본 특성

7.3.4 반도체 레이저

7.4│특수 반도체 소자

7.4.1 반도체 열전소자

7.4.2 반도체 저항소자

7.4.3 반도체 전력스위칭 소자

:: 연습문제



주기율표

찾아보기

이현용 저자 이현용은 광운대학교 전자재료공학과에서 학사, 석사, 박사 과정을 마쳤다. 1995년 8월 공학박사 학위 이후 본 대학에서 집속이온빔(FIB) 리소그래피 기술 연구, 포항공대 창의연구단에서 THz Photonics 연구를 수행하였다. 1999년 11월부터 2003년 2월까지 일본 동북(東北, 토호쿠)대학 금속재료연구소(IMR)에서 JSPS 특별연구원 및 조수로 근무하며 화합물 반도체와 광자결정 응용을 연구해 왔다. 2003년 3월부터 현재까지 전남대학교 응용화학공학부(광ㆍ전자화공소재전공) 교수로 재직 중이다.