2.1 열 운동 (Thermal Motion)

2.1 열 운동 (Thermal Motion) 

 

 > 반도체 내에 전계를 가하지 않더라도 열 에너지로 인해 캐리어는 멈추어있지 않고 움직인다. 

 

 > 전자의 평균 운동 에너지는 (총 운동 에너지 / 전자 수)로 구할 수 있다. 

 

 > E - Ec 에너지만큼 적분을 해주면 구할 수 있고 결과는 1.5kT 이다. (k : 볼츠만 상수, T : 온도)

 

 > 운동 에너지는 0.5*mv^2 이므로 1.5kT 관계식을 활용하면 전자나 정공의 열에 의한 속도를 구할 수 있다. 

 

 > 전자와 정공은 열 에너지에 움직이긴 하지만 직선 운동이 아니기 때문에 일정한 전류를 발생시키지 않는다. 

 

 > 결정 내 결함들과 충돌(Collision), 산란(Scattering) 하면서 방향이 빈번하게 바뀐다. 

 

 > 충돌에 의해 움직이는 거리는 수십 nm ~ 수백 Å이다. 

 

 > 충돌 사이의 시간은 10^-13 (pico second)이다.

 

 > 따라서 충돌로 인해서 충분한 전류를 만들지 못하며 방향 또한 일정하지 않아 전류를 생성하지 못하고 열잡음만 만든다. 

 

그림 1. 전자 or 정공의 열 에너지에 의한 충돌 및 산란

 

2.1 (Thermal Motion) 

 > Even in the absence of an applied electric field in a semiconductor, carriers continue to move due to thermal energy.

 

 > The average kinetic energy of electrons can be calculated as the total kinetic energy divided by the number of electrons.

 

 > Integrating the energy from E to Ec yields an average kinetic energy of 1.5 kT. (k: Boltzmann constant, T: temperature)

 

 > Since kinetic energy is given by 0.5 * mv^2, the speed of electrons or holes due to thermal energy can be determined using the equation derived from the 1.5 kT relationship.

 

 > While electrons and holes move due to thermal energy, they don't generate a constant current because their motion isn't linear.

 

 > Their direction changes frequently due to collisions and scattering with defects in the crystal.

 

 > The distance traveled between collisions ranges from tens of nanometers to hundreds of angstroms.

 

 > The time between collisions is in the order of 10^-13 seconds (picoseconds).

 

 > Consequently, due to collisions, a consistent current is not generated, and the lack of constant direction results in the absence of current generation, leading to the production of only thermal noise.

 

Figure 1. Carrier Collision and Sacttering

Reference 

-. Chenming Calvin Hu, Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits, PEARSON(2013)