반도체소자 2016학년도 2학기 담당교수 : 김태환 (소속: 융합전자공학부) 강의시간 : 월10:30-12:00 (제1공학관 401강의실) 화16:00-17:30 (제1공학관 401강의실) Office : 공업센터별관 503-1 Office hour : 화요일 10:00 ~ 12:00 수업조교 : 김기태(kimkeetae333@naver.com, Tel : 2220-0354, 010-8288-4603) E-mail : twk@hanyang.ac.kr

교재 및 수업안내 Main text : 참고문헌 Solid State Electronic Devices – Seventh edition Ben G. Streetman and Sanjay Banerjee (Prentice-Hall International Editions) 참고문헌 Introduction to solid state physics Kittel, Charles (Wiley) Semiconductor physics and devices : basic principles Neamen, Donald A (McGraw-Hill) An introduction to Semiconductor devices Introduction

수 업 목 표 반도체 재료에 대한 기초를 이해하고 있는 학생들에게 반도체 재료 분석 방법 및 반도체 재료 성장 방법을 다룬다. 반도체 재료를 기반으로 한 반도체 소자 제작 방법 및 성능 측정 방법을 다룬다. 이종접합의 성장을 논하며 이종접합의 전하이동 현상을 다룬다. 전계 효과 트랜지스터 제작 방법과 특성 조사 방법 및 소자동작 방법을 다룬다. Introduction

수 업 목 표 태양전지, 발광다이이드 및 레이저와 같은 광소자의 제작 방법 및 응용을 다룬다. 메모리의 제작 및 동작원리에 대하여 다룬다. 차세대 전자소자 및 광소자를 포함한 반도체 소자에 대한 방향을 다룬다. Introduction

교과목 개요 반도체 소자 입문, 결정체 성질과 반도체 결정의 성장 이해 반도체 소자 입문, 결정체 성질과 반도체 결정의 성장 이해  원자와 전자 및 에너지 대역과 반도체에서의 전하 캐리어 이해  반도체의 과잉 캐리어 이해  p-n 접합의 에너지대역도 및 전자적 수송 이해  순방향 및 역방향 바이어스된 접합부에서 전하의 수송 이해  동종접합과 이종접합 이해  전계효과 트랜지스터 동작 및 접합 FET 이해 Introduction

교과목 개요 금속-반도체 FET 이해 금속-절연체-반도체 FET 이해 MOS 전계효과 트랜지스터의 특성 및 전자수송현상 이해 태양전지 와 발광다이오드 제작 및 응용 이해  레이저와 메모리 소자 제작 및 응용 이해  차세대 반도체 전자소자 및 광소자에 대한 방향 이해 Introduction

강의 내용 I 1주 반도체 소자 입문, 결정체 성질과 반도체 결정의 성장 2주 원자와 전자 및 에너지 대역과 반도체에서의 전하 캐리어 3주 반도체의 과잉 캐리어 4주 p-n 접합의 에너지대역도 및 전자적 수송 5주 순방향 및 역방향 바이어스된 접합부에서 전하의 수송 6주 동종접합과 이종접합 7주 전계효과 트랜지스터 동작 및 접합 FET 8주 중간고사 Introduction

강의 내용 II 9주 금속-반도체 FET 10주 금속-절연체-반도체 FET 11주 MOS 전계효과 트랜지스터의 특성 및 전자수송현상 12주 MOS 전계효과 트랜지스터의 특성 및 전자수송현상 13주 태양전지 와 발광다이오드 제작 및 응용 14주 레이저와 메모리 소자 제작 및 응용 15주 차세대 반도체 전자소자 및 광소자에 대한 방향 16주 기말고사 Introduction

반도체소자에 앞서서 기초학문과 공학의 응용 기술의 발전 방향

반도체소자의 응용 메모리 소자 유비쿼터스용 제품 디스플레이 소자 태양전지 Introduction

기초과학을 응용한 IT 기기들 프린터 스캐너 CRT 모니터 웹페이지 디지털 카메라 빔프로젝터 LCD 모니터` Introduction

기초과학을 응용한 휴대용 IT 기기들 Introduction

기초과학을 응용한 양방향 IT 기기들 양방향 통신이 가능한 정보기기를 이용하는 모습 양방향 통신이 가능한 정보기기를 이용하는 모습 어린이들이 신기한 모습으로 터치패널을 보고 있음 Introduction

기초과학과 응용공학의 융합 학문 기술 산업 기초과학과 응용공학 융합의 유형 유형 1 유형 2 유형 3 학문과 기술간의 융합 기술과의 융합 기술과 산업과의 융합 자연과학 응용공학 의공학 학문 기술 NT BT IT 친환경적인 기구/산업 산업 유형 1 유형 2 유형 3 Introduction

기술 융합의 시대 NT 융 합 BT IT 나노신소재 나노구조체 나노공정 정보저장 나노바이오센서 인공조직 약물전달 친생체물질 나노센서 나노일렉트로닉스 나노포토닉스 양자컴퓨터 융 합 유전공학 바이오장기 분자생물학 신약 BT 컴퓨터(H/W, S/W) 반도체 유무선통신 정보보호 IT 바이오인포메틱스 생체정보인터페이스 생체정보보호 바이오컴퓨터 Introduction

융합결과로 창출된 유비쿼터스 Introduction

가정용 유비쿼터스 세상 Introduction

개인용 유비쿼터스 세상 Introduction

이동수단용 유비쿼터스 세상 Introduction

환경친화적 자연을 위한 기술의 Trend 저소비전력 고효율 에너지재생 환경 친화 저탄소배출 무공해물질 Introduction

환경친화성을 바탕으로 제작된 기기들 환경친화적인 소재를 사용한 휴대폰 환경친화적인 소재를 사용한 하드디스크 Introduction

환경친화성을 바탕으로 제작된 기기들 환경친화적인 하이브리드 자동차 환경친화적인 저전력 디스플레이 (LCD) Introduction

반도체소자의 응용 메모리 소자 발광 소자 태양 전지

반도체와 실리콘(Si) 반도체 트랜지스터(Transistor) 반도체소자의 응용분야 반도체 소자 반도체와 실리콘(Si) 반도체 트랜지스터(Transistor) 반도체소자의 응용분야

반도체를 이용하여 다양한 전자 소자를 만들 수 있다!!! 반도체란 무엇인가 자유전자가 있어서 전기를 잘 통할 수 있는 물질 예) 금, 은, 구리 등 금 속 자유전자가 없어서 전기를 잘 통할 수 없는 물질 예) 나무, 플라스틱, 유리 등 절연체 도체와 부도체의 중간적 성격 전기가 통할수도 안 통할 수도 있는 물질 예) 실리콘, 게르마늄 등 반도체 반도체를 이용하여 다양한 전자 소자를 만들 수 있다!!! Introduction

실리콘(Si) 반도체 Introduction

실리콘 반도체 불순물을 첨가하여 반도체의 성질을 바꿀 수 있다. Sb를 첨가한 n-형 실리콘 반도체 (전자의 농도가 더 높다) B를 첨가한 p-형 실리콘 반도체 (정공의 농도가 더 높다) n-형과 p-형 반도체를 이용하여 다이오드, 트랜지스터 등과 같은 전자 소자를 만들 수 있고 많은 전자 제품에 응용된다 Introduction

트랜지스터는 메모리, 디스플레이 및 전지의 핵심 소자이다. 반도체 트랜지스터 Gate는 소자의 스위치 역할 Drain으로 전류의 양을 조절 P-Si SUBSTRATE Source Drain SiO2 Gate 2-D CHANNEL P-Si SUBSTRATE Source Drain SiO2 Gate 트랜지스터는 메모리, 디스플레이 및 전지의 핵심 소자이다. Introduction

반도체의 응용 제품 분야 Introduction

메 모 리 소 자 양자역학의 세계 D램 (DRAM) 플래시 메모리 (Flash Memory) 메 모 리 소 자 양자역학의 세계 D램 (DRAM) 플래시 메모리 (Flash Memory) 플렉시블 메모리 (Flexible Memory) 차세대 메모리 소자

고전 역학과 양자 역학 - 고전 역학 (축구공이 벽을 통과할 수 없다) 양자 역학 (전자는 벽을 통과할 수 있다) 나노 크기의 작은 세계 Introduction

DRAM의 기억 원리 Dynamic RAM 축전기 전자 방전 충전 전원차단 정보 저장 정보 유지를 위한 재충전 정보 소실 휘발성 메모리 - + 축전기에 전하가 충전된다 Dynamic RAM Introduction

DRAM 소자 DRAM 단면 전자현미경 사진 축전기 트랜지스터 DRAM 웨이퍼 Introduction

DRAM 소자 DRAM 모듈 DRAM 패키지 Introduction

플래시 메모리의 기억 원리 일괄적인 소거 Flash 플로팅 게이트 전자` 정보유지 - Memory 터널링 전원차단 정보 저장 비휘발성 메모리 일괄적인 소거 - Flash Memory Introduction

플래시 메모리 플래시 메모리 전자현미경 사진 NOR 플래시 메모리 NAND 플래시 메모리 플로팅 게이트 (스위치와 축전기 역할을 같이한다) NOR 플래시 메모리 NAND 플래시 메모리 Introduction

플래시 메모리 제품 플래시 메모리 카드 USB 플래시 메모리 플래시 메모리 SSD Introduction

유연성을 가지는 메모리 유연성을 가지는 메모리 소자 Introduction

상용화된 반도체 메모리 소자 Flash Memory 소자 D-RAM 소자 Introduction Cap.에 데이터를 저장 2-D CHANNEL P-Si SUBSTRATE Source Drain SiO2 Poly Silicon Gate Poly-Si.에 데이터를 저장 2-D CHANNEL P-Si SUBSTRATE Source Drain Capacitor SiO2 Gate D-RAM 소자 Introduction

Nano particle들이 전하를 트랩한다. 차세대 메모리 및 반도체 소자 NFGM 소자 2-D CHANNEL P-Si SUBSTRATE Source Drain Insulator Gate Nano-Crystals Nano particle들이 전하를 트랩한다. FIN-FET 소자 P-Si SUBSTRATE Source Drain Insulator Gate 3차원적 채널 형성으로 전류특성이 향상. Introduction

발광 소자의 원리 발광 다이오드 (LED) 유기 발광 다이오드 (OLED) 디스플레이 장치 발 광 소 자 발광 소자의 원리 발광 다이오드 (LED) 유기 발광 다이오드 (OLED) 디스플레이 장치

발광원리를 이용하여 다양한 용도의 광소자와 디스플레이 장치들을 만들 수 있다 발광 소자의 원리 형광체 에너지 변환물질 에 너 지 광자 전기장 전자빔 발 광 가시광선 발광원리를 이용하여 다양한 용도의 광소자와 디스플레이 장치들을 만들 수 있다 Introduction

발광 다이오드 (LED) Introduction 0.01A 1A 100A 1 mm 100 mm 1 cm 1 m Gamma rays X rays UV Infrared Visible Microwaves Radio 광통신 대역 Introduction

LED 조명과 디스플레이 건물 조명으로 사용되는 LED LCD TV의 광원으로 이용되는 LED Introduction

OLED의 발광 원리 전 원 전류 정공/전자 주입 정공/전자 재결합 가시광 방출 음극 전자수송층 발광층 정공 수송층 양극 유리 기판 Introduction

OLED 조명 OLED는 형광등을 대체하여 새로운 조명 광원으로 이용될 수 있다. 형광등에 사용되는 수은은 인체에 해로워 환경 규제의 대상이 된다. Introduction

OLED 디스플레이 OLED 시계 OLED TV OLED 휴대폰 Introduction

OLED는 유연한 기판 위에서 다양한 형태로 변형이 가능하여 전자종이나 휴대용 디스플레이에 응용 가능 Introduction

디스플레이란 무엇인가 정 보 디스플레이 인 간 디스플레이란? 화면에 문자와 그림으로 시각적으로 표시하는 장치 인간의 오감 중 시각으로 받아들이는 정보가 가장 많다 정 보 디스플레이 인 간 인터페이스 인터페이스 Introduction

현재 사용하고 있는 디스플레이의 종류 LCD PDP FED OLED Introduction

태양 전지의 원리 태양 전지의 필요성 태양 전지의 활용 태 양 전 지 태양 전지의 원리 태양 전지의 필요성 태양 전지의 활용

태양 전지란 무엇인가 기초과학 응용공학 태양 전지란? 태양광을 받아서 전력을 발생시키는 장치 태양전지가 빛을 받으면 전류가 흐르게 된다 Introduction

태양 전지가 중요한 이유 태양 전지의 중요성 화석연료 소모량 급증 대체에너지 필요 태양에너지 이용 화석 연료의 소모량이 급증하고 그 매장량이 한계에 치닫게 됨에 따라 새로운 대체 에너지의 필요성이 급증. 청정 에너지이면서 고갈되지 않는 에너지원인 태양에너지를 사용한 태양전지에 대한 관심이 고조. 화석연료 소모량 급증 대체에너지 필요 태양에너지 이용 Introduction

태양 전지의 활용 인공위성에 전력공급을 위한 태양전지 이용 태양 전지를 이용한 가정용 발전기 전력 공급이 되지 않는 지역의 태양전지를 이용한 가정용 발전기 Introduction

태양 전지의 활용 화성에서 태양전지 소자에서 공급되는 전력을 사용하여 작동하는 탐지기 Introduction

한 학기 동안 반도체 소자에 대하여 같이 공부하기를 기대합니다. 한 학기 동안 반도체 소자에 대하여 같이 공부하기를 기대합니다. Introduction