반도체 소자공학 1 - 반도체 입문부터 PN 다이오드

[머리말]

반도체는 현대 기술의 심장이자, 모든 전자기기의 기반을 이루는 핵심 분야입니다.

그러나 반도체를 처음 접하는 학생들에게는 이 방대한 학문은 때로 어렵고 복잡하게 느껴질 수 있습니다. 이 책은 이러한 장벽을 낮추며, 반도체 공학의 기초부터 차근차근 이해할 수 있도록 설계되었습니다.

저자는 수십 년간 반도체 산업 현장에서 연구와 개발에 매진하며 실무적 통찰을 쌓아왔으며, 이후 교육자로서 반도체 인재 양성에 전념해 왔습니다. 산업 현장에서 얻은 실질적인 경험과 학교에서의 체계적인 교육 방식을 결합하여, 기초를 탄탄히 다지는 동시에 창의력을 발휘할 수 있는 실무형 인재를 양성하는 것이 본인의 교육 철학입니다.

이 책은 한 학기 동안 학생들이 반도체 공학의 출발점에서 확고한 기초를 다질 수 있도록 기획되었습니다. 어려운 개념을 최대한 쉽게 풀어 설명하고, 실무와 연계된 예제를 통해 학습 효과를 극대화하고자 했습니다. 특히, 반도체 소자의 기본 원리부터 PN 다이오드까지 다룸으로써, 반도체 분야의 전반적인 틀을 이해하고 회로와 공정 실무에 적용할 수 있는 기반을 마련하는 데 초점을 맞추었습니다.

책은 매주 한 개의 장을 학습할 수 있도록 총 12개의 장으로 구성되어 있으며, 다음과 같은 주요 내용을 포함합니다:

 

1. 반도체 물질과 단결정 구조, 격자 상수와 밀러 지수

2. 반도체 물리량과 고전적 관점에서의 양자화

3. 슈뢰딩거 방정식과 양자역학의 기초

4. 에너지 밴드와    다이어그램, 직접 및 간접 밴드갭 반도체

5. 페르미-디랙 분포 함수와 진성 반도체의 특성

6. 불순물 반도체, n형 및 p형 반도체의 형성과 특성

7. 반도체 내 전하의 운동: 드리프트와 확산

8. 비평형 상태에서의 과잉 전하와 평형 복귀

9. PN 접합의 열평형 상태와 에너지 밴드 구조

10. PN 접합에 외부 전압이 인가될 때의 물리적 변화

11. PN 다이오드의 이상적 및 비이상적 특성

12. PN 접합의 응용 사례와 다양한 전자 소자의 동작 원리

 

다양한 인재 양성 프로그램을 통해 학생들과 함께하며, 저는 기본기의 중요성을 깊이 깨달았습니다. 탄탄한 기초는 응용 능력을 배양하며 창의적 문제 해결 능력을 키우는 기반이 됩니다. 이 책 또한 이러한 철학을 반영하여 기초와 응용의 균형을 이루는 데 중점을 두었습니다.

이 책이 반도체 공학의 문턱을 낮추어, 학생들에게 친근한 길잡이가 되기를 바랍니다. 또한, 교육 현장에서 유용한 교재로 활용되기를 기대하며, 반도체 공학의 세계로 나아가는 첫걸음에 든든한 동반자가 되기를 희망합니다.

[목 차]

CHAPTER 01_물질과 입자

 

CHAPTER 02_반도체 물리량과 고전적(뉴턴) 관점에서의 양자화

 

CHAPTER 03_슈뢰딩거(Schrödinger)의 파동방정식과 양자역학

 

CHAPTER 04_결정에서의 양자역학과 에너지밴드화

 

CHAPTER 05_진성 반도체와 페르미-디랙 분포 함수

 

CHAPTER 06_불순물 반도체

 

CHAPTER 07_반도체에서 전하의 운동

 

CHAPTER 08_비평형 상태의 과잉 전하의 농도와 평형 상태 복귀

 

CHAPTER 09_열평형 상태에서의 PN 접합

 

CHAPTER 10_외부 전압과 PN 접합

 

CHAPTER 11_외부 전압과 PN다이오드

 

CHAPTER 12_PN다이오드의 비이상적 특성과 PN 접합 응용