4.6 정 바이어스 상태의 캐리어 주입

4.6.0 정 바이어스 캐리어 주입 

 > PN 접합에 정 바이어스(PN 방향으로 전압)를 걸어주면 에너지 장벽 높이가 ∅-V로 감소된다. 

 

 > 이는 PN 접합 내부에서 발생한 Built In Voltage에 의한 Drift 전계를 축소시킨다.

 

 > Drifit와 Diffusion의 평형이 깨지게 되고 전자들이 N 쪽에서 P로 이동하게 된다. 

 

 > P쪽의 소수 캐리어들이 공급이 되기 때문에 이를 소수 캐리어 주입이라고 한다. 

 

 > 정공은 전자와 반대로 P에서 N으로 주입된다. 

 

 

 > 따라서 장벽이 높았을 때와 비교해보면 낮았을 때 더 많은 수의 전자와 정공이 경계면 근처 xp, xn에 존재하게 된다. (그림 2)

 

 

 > 공핍층이 작아지면서 Efn은 xp까지 일정하게 유지된다고 가정하면 xp의 전자 농도를 구할 수 있다. 

 

 > Ec~Efn 까지의 전자 농도를 np0라고 표현하고 Efn~Efp 까지 농도를 표현한 식이 쇼클리 경계 조건이라고 한다. 

 

 > 정 바이어스 전압 V가 공핍층 가장자리에서의 소수 캐리어 농도를 e^(qV/kT) 만큼 증가시킨다. 

 

4.6.0 Carrier Injection under Forward Bias

•Applying forward bias (voltage in the PN direction) to a PN junction reduces the energy barrier height by ∅-V.

 

•This reduces the drift current within the PN junction caused by the built-in voltage.

 

•The equilibrium between drift and diffusion is disrupted, causing electrons to move from the N side to the P side.

 

•Since a minority of carriers are supplied from the P side, this is referred to as minority carrier injection.

 

•Holes, on the other hand, are injected from P to N, opposite to electrons.

 

 

•Therefore, compared to when the barrier is high, more electrons and holes are present near the boundary xp, xn when the barrier is low (Figure 2).

 

 

•As the depletion layer decreases, assuming Efn is maintained constant up to xp, the electron concentration at xp can be calculated.

 

•The electron concentration from Ec to Efn is denoted as np0, and the concentration from Efn to Efp is represented by the Shockley boundary condition.

 

 

•The forward bias voltage V increases the minority carrier concentration at the edge of the depletion layer by a factor of e^(qV/kT).

 

Reference 

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