ch1: 전자,광자 및 포논

우선 반도체의 물질과 구조에 대해 알아보자

아래 그림은 Diamond structure 이다. 실리콘의 이 구조이고 이 때 밀도를 구하기 위해 3D 밀도는 위와 같다. a0는 이 구조 아래 표를 참고하자

이 표를 통해 밀도를 구할 수 있다.

이제 packing factor의 정의를 알고 실리콘의 비율을 구해보자.

그리고 실리콘의 원자사이의 거리도 아래와 같은 식을 통해 구할 수 있다.

GaAs구조

참고로 GaAS는 3가와 5가의 원자이므로 공유결합과 이온결합을 한다.

이 경우 cubic안의 원자의 비는 같으므로 거꾸로 생각해도 좋다.

이 경우도 밀도를 위의 표를 보고 쉽게 구할 수 있다.

방법은 Si의 식과 같지만 원자의 크기차이로 인해 큐빅의 크기가 다르게 된다. 즉 같은 방법으로 구하면

6.Wurtzite 구조(핵사 구조)

7. Rock salt 구조

예제

만약 좌표가 음수인 경우 숫자위에 언더바를 그려준다.

그리고 (1,0,0)평면의 경우 벡터 (1,0,0)과 수직인 법선벡터가 되는 것을 알 수 있다.

즉 만약 2개의 평면이 각도를 구할 때 벡터의 내적을 활용해 각도를 구할 수 있다.

 

*이번에는 반도체에 관한 가설에 대해 배울 것이다.

 

1. 빛은 입자성과 파동성을 가진다고 한다 (이중성)

열원이 있으면 뭔가 에너지가 나오게 되는데, 이 에너지를 광자에너지라 한다.

입자는 광자라고 하며 

플랑크

이 하나의 광자의 에너지는 = h*u = 플랑크상수*주파수로 가설을 세웠다.

그리고 파동성의 식인

를 통해 아래 식이 정의 되었다. 

참고로 단위는 eV이다.

이 식을 통해 문제를 하나 풀어보자.

사람 몸에서는 10um의 파장을 뿜어낸다. 이때 사람몸에서 나오는 광자에너지를 구해보자.

(h:플랑크상수 6.625*10^(-34) J.s이며 1J= 1/(1.6*10^(-19))이다) 결과는 아래와 같다.

즉 이를 통해 광자의 에너지와 um단위의 파장사이의 관계식을 얻을 수 있다(위의 식을 기억해 두자) 

반도체에서 필요한 개념중 하나인 파울리베타원리를 통해 실리콘을 보자

아래는 열평형 상태를 그림으로 표현한 것이다.