페르미 레벨에 관하여...

에너지 레벨

 

그림은 에너지 밴드 모식도와 열적 평형 상태의 페르미 에너지이다. 비평형 상태에서의 에너지 밴드 모식도인데 준위 주입 상태에서 다수 반송자인 전자의 농도가 그게 바뀌지 않기 때문에 준 페르미 레벨은 열적 평형 상태에서의 페르미 레벨과 큰 차이를 보이지 않은 반면에 소수 반송자 정공의 준 페르미 에너지 레벨은 열적 평형 상태에서 구한 페르미레벨과 크게 다르며, 그림에서도 이 차이가 잘 드러나 있다.

 

전자의 농도가 증가하여 로 전자의 준 페르미 레벨이 전도 대역쪽으로 약간 이동하였다. 정공의 농도는 그게 가하였으므로 정공의 준 페르미 레벨이 가전자 대역 쪽으로 크게 이동하였다. 페르미 에너지 레벨은 정 바이어스된 pn 접합을 다룰 때 다시 고려하게 될 것이다.

 

반도체 물질의 가장자리에서는 완벽한 주기성을 갖고 있던 단결정 격자라도 그 표면에 서 구조에 단절이 생긴다. 이것은 주기적인 위치 에너지 분포에 영향을 주어 에너지 밴드갭 내에 새로운 에너지 준위를 만들게 된다. 반도체 내에 존재하는 결함들 이 밴드갭 안에 불연속적인 에너지 준위를 만든다는 사실을 언급하였다. 반도체 표면에서 주기적인 위치 에너지 분포가 급작스럽게 단절됨에 따라 밴드갭 내에 에너지 준위가 분포하게 된다.

 

표면의 단절에 의한 에너지 준위와 함께 반 도체 벌크 내의 불연속 에너지 준위가 같이 그려져 있다. Shockley-Read-Hall의 재결합 이론에 의해 과잉 소수 반송자의 수명이 트랩 센터의 밀도에 반비례함을 알 수 있었다. 따라서 트랩의 밀도가 벌크 내에서 보다 표면에서 더 크다면 과잉 소수 반송자의 수명은 반도체의 표면에서 더 짧아질 것임을 알 수 있다. n형 외인성 반도체를 예로 들면, Spy가 반도체 벌크 내의 과잉 소수 반송자인 정공의 농도라고 한다.

 

다양한 산화물의 전하값에 대한 문턱전압을 억셉터 도핑 농도에 대해서 설명하겠다. 증가형 소자를 만들기 위해서는 p형 반도체를 높은 농도로 도핑해야 함을 알 수 있다. 문턱전압을 유도하는 과정에서 피형 반도체 기판을 사용하는 모스 커패시터를 가정하고 있었다.