핵심이 보이는 반도체 공학(IT CookBook 352)

도서 장점

①반도체 공학을 처음 배우는 학생들이 반도체 공학의 전반적인 개념을 이해하는 데 적합하다.

②반도체 공학의 전반적인 개념을 핵심 중심으로 친절하게 설명한다.

③수식 전개과정을 그림으로 자세히 표현하여 직관적인 이해를 돕는다.

④절별 [핵심 질문]을 통해 핵심 내용을 왜 배우는지, 무엇을 배우는지를 생각해볼 수 있다.

⑤반도체 공학의 핵심이라 할 수 있는 바이폴라 트랜지스터(BJT), MOS 커패시터 및 트랜지스터에 많은 분량을 할애하여 최신 내용을 바탕으로 상세히 설명한다.



【누구를 위한 책인가?】

이 책은 반도체 공학의 전반적인 개념과 원리를 명확히 이해하는 데 초점을 두었다. 원리를 이해할 수 있는 그림을 자세히 표현함으로써 직관적인 이해를 돕고 수식과 연계하여 생각할 수 있도록 하였다. 또한 반도체 공학의 핵심 동작 원리에 대한 질문을 던지고, 그 해답을 찾아내는 과정을 친절하게 설명함으로써 자칫 난해하게만 생각했던 반도체 공학에 좀 더 유연하게 접근할 수 있다. 이러한 과정은 반도체 공학에 입문하는 학생뿐만 아니라 반도체를 직접 다루는 실무자에게도 반도체 소자 개발 및 공정에 대한 기초를 확립할 수 있는 탄탄한 밑받침이 될 것이다.



부/장별 내용 요약



PART 1_물질의 이해와 양자이론 기본 개념

· 1장：물질 이해의 첫 단계로 원자의 구성요소와 원자 간 결합의 원리, 3차원 결정구조와 반도체의 종류를 살펴본다.

· 2장：양자이론의 기초로 슈뢰딩거의 파동방정식을 유도한 후, 무한 양자우물과 계단함수, 유한 에너지장벽에 대해 해를 구해보고, 수소 원자에 적용 후 주기율표를 이해한다. 물리적 극한을 이해할 수 있는 불확정성 원리를 소개한다.

· 3장：고체에 대하여 양자이론을 적용하여 에너지밴드 다이어그램 개념과 캐리어의 생성 및 이동현상을 이해하고, 반도체 내 입자의 상태밀도함수, 페르미?디랙 분포함수와 페르미 에너지를 살펴본다.



PART 2_진성 및 외인성 반도체

· 4장：진성 반도체에서 캐리어 농도와 페르미 에너지, 도펀트와 이온화에너지, 외인성반도체에서 캐리어 농도와 페르미 에너지, 보상반도체에서 캐리어 농도와 열평형과정 등을 살펴본다.

· 5장：열평형상태에서 캐리어의 열속도 운동을 이해한 후, 전계에 의한 캐리어의 표동,캐리어 농도 차이에 의한 확산을 살펴보고, 이동도와 확산계수 간의 아인슈타인 관계식을 살펴본다.

· 6장：비평형상태에서 과잉 캐리어의 생성과 재결합, 의사-페르미 준위의 개념, 캐리어의 연속방정식과 앰비폴러 전송방정식, 이를 이용한 과잉 캐리어 농도의 시간 및 공간적 변화와 이동을 해석해본다.



PART 3_pn 접합 다이오드와 금속-반도체 접합

· 7장：pn 접합의 열평형 동작특성과 에너지밴드 다이어그램, 역방향 바이어스일 때의 동작특성과 에너지밴드 다이어그램의 변화, 접합 커패시턴스 특성을 다룬다.

· 8장：pn 접합 다이오드의 이상적인 전류-전압 관계, 소신호 동작과 등가 모델, 공핍층의 재결합 전류와 생성 전류, 항복현상, 속도한계 등을 살펴보고, 태양전지와 터널 다이오드를 살펴본다.

· 9장：금속-반도체 접합의 종류와 정류성 및 저항성 특성, 터널링 접합, 반도체 이종접합을 다룬다.

PART 4_바이폴라 트랜지스터

· 10장：바이폴라 트랜지스터의 구조, 4가지 동작 모드, 이상적인 전류?전압 특성, 비이상적인 여러 동작특성들, 등가회로 모델, 주파수 제약 등을 다룬다.



PART 5_MOS 커패시터와 트랜지스터

· 11장：MOS 커패시터의 구조, 게이트 전압에 따른 상 태 변화, 커패시턴스-전압 특성을 살펴본다.

· 12장：MOS 트랜지스터의 구조, 이상적인 동작특성과 전류-전압 관계, 비이상적인 동작특성, 채널길이와 폭에 따른 문턱전압 변화와 문턱전압 조절 등을 다룬다.

Chapter 01 반도체의 종류와 결정구조

1.1 원자의 구성요소

1.2 고체 결정의 결합

1.3 물질의 분류

1.4 결정구조

1.5 반도체 종류

연습문제



Chapter 02 양자이론의 기초

2.1 입자 특성과 파동 특성

2.2 슈뢰딩거의 파동방정식

2.3 1차원 슈뢰딩거 파동방정식의 풀이

2.4 3차원 슈뢰딩거 파동방정식의 풀이

2.5 하이젠베르크의 불확정성 원리

연습문제



Chapter03 고체의 양자이론

3.1 에너지밴드 다이어그램

3.2 에너지밴드 다이어그램에서 캐리어 생성과 이동

3.3 상태밀도함수와 페르미-디랙 분포함수

연습문제



Chapter04 평형상태의 캐리어 농도와 페르미 에너지

4.1 진성 반도체에서 캐리어 농도와 페르미 에너지

4.2 도펀트와 이온화에너지

4.3 외인성 반도체에서 캐리어 농도와 페르미 에너지

4.4 보상 반도체에서 캐리어 농도와 열평형 과정

연습문제



Chapter05 캐리어의 표동과 확산

5.1 열평형상태에서 캐리어의 에너지와 열속도

5.2 전계에 의한 캐리어 이동

5.3 캐리어 농도 차이에 의한 캐리어 이동

5.4 확산계수와 이동도의 상호 관계 및 이동도의 측정

연습문제



Chapter06 비평형 과잉 캐리어의 농도 변화와 이동

6.1 캐리어 생성과 재결합

6.2 과잉 캐리어의 농도 분포와 이동 해석

6.3 과잉 캐리어의 변동과 이동

연습문제



Chapter07 pn 접합의 열평형 특성과 역방향 바이어스

7.1 pn 접합의 형성과 열평형 과정

7.2 제로 바이어스 상태의 pn 접합 에너지밴드 다이어그램

7.3 역방향 바이어스 pn 접합의 에너지밴드와 접합 커패시턴스

연습문제



Chapter08 pn 접합 다이오드

8.1 pn 접합 다이오드의 이상적인 전류-전압 관계

8.2 pn 접합의 소신호 동작과 등가 모델

8.3 공핍층 재결합 전류와 생성 전류 및 항복현상

8.4 전하축적 및 다이오드의 스위칭 속도 제한

8.5 pn 접합의 응용

연습문제



Chapter09 금속-반도체 접합과 반도체 이종접합

9.1 금속-반도체 접합 종류

9.2 금속- n형 반도체의 정류성 접합

9.3 금속- p형 반도체의 정류성 접합

9.4 금속- n형 반도체의 저항성 접합

9.5 금속- p형 반도체의 저항성 접합

9.6 터널링 접합과 접촉 비저항

9.7 반도체 이종접합

연습문제



Chapter10 바이폴라 트랜지스터

10.1 바이폴라 트랜지스터의 기본 구조

10.2 바이폴라 트랜지스터의 동작 모드 : pnp BJT

10.3 비이상적인 특성 : npn BJT

10.4 등가회로 모델 ?

10.5 주파수 제약 ? 459

연습문제



Chapter11 MOS 커패시터

11.1 MOS 커패시터 구조

11.2 게이트 전압에 따른 상태 변화

11.3 커패시턴스-전압 특성 ? 489

연습문제



Chapter12 MOS 트랜지스터

12.1 MOSFET의 구조

12.2 이상적인 동작특성

12.3 비이상적인 동작특성

12.4 채널길이와 폭에 의한 문턱전압 변화

연습문제



참고문헌

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권기영 저자 권기영은 공주대학교 전기전자제어공학부 교수로, 한국과학기술원(KAIST)에서 전기 및 전자공학 박사 학위를 취득하였다. 삼성반도체 선임연구원으로 근무하였으며, 미국 텍사스 주 SMU에서 객원교수를 역임하였다. 역서로는 『전기전자공학 개론_(한빛미디어, 2008) 』, 『현대 반도체 소자 공학_(한빛아카데미, 2013)』, 『전기전자공학 개론, 개정 5판_(한빛아카데미, 2013) 』이 있다.