스케터링과 모빌리티

지난 시간 요약

• 드리프트 전류를 구하기 위해 캐리어 농도 정보 필요
• 전자와 홀의 농도 계산식 유도
• 드리프트 속도 식 유도
  • 전자와 홀의 드리프트 속도 = 모빌리티 × 전기장
  • 전자의 경우 전기장 방향과 반대 방향으로 움직임
• 모빌리티: 주변 환경에 따라 변하는 변수

드리프트 속도와 모빌리티

• 그래프에서 전자의 드리프트 속도와 전기장 관계
  • 전기장 작은 구간에서 선형 관계, 기울기 = 모빌리티
  • 전기장 커지면 속도 포화 현상 발생
• 모빌리티는 유효 질량과 반비례
  • 실리콘과 갈륨 아세나이드 비교
  • 유효 질량 작으면 모빌리티 크다

모빌리티 결정 요인

• 온도
  • 전자 운동 방해 요인 = 스케터링
• 스케터링 종류
  • 격자 산란 (Lattice Scattering)
    • 실리콘 원자 진동이 전자 운동 방해
    • 온도 증가 시 모빌리티 감소
  • 불순물 산란 (Impurity Scattering)
    • 도핑 원자에 의한 전자 운동 방해
    • 온도 증가 시 모빌리티 증가

스케터링 메커니즘

• 격자 산란
  • 온도 증가 시 원자 진동 심화
  • 전자 직진 운동 방해 증가
• 불순물 산란
  • 도너와 액셉터에 의한 전하 형성
  • 온도 증가 시 전자 운동 에너지 증가로 방해 감소

도핑 농도의 영향

• 도핑 농도 증가 시 모빌리티 감소
  • 전자 움직임 방해 증가
• 도핑 농도와 모빌리티의 관계 그래프
  • 도핑 농도 증가 시 모빌리티 감소 경향

베티슨의 규칙

• 스케터링 효과에 따른 모빌리티 값
• 가장 작은 모빌리티 값에 의해 전체 모빌리티 결정
• 병렬 저항 계산식과 유사한 규칙

정리

• 모빌리티는 고정된 값이 아님
• 온도가 모빌리티에 민감한 영향
• 스케터링 메커니즘과 온도 관계를 통해 모빌리티 변화 이해