반도체에서의 전류[확산(Diffusion) 전류, 유동(Drift) 전류]

안녕하세요.

균짱짱입니다.

 

반도체에서 전자가 이동하는 원리는 두가지가 있어요.

확산(Diffusion)과 유동(Drift)가 그것인데요,

 

반도체를 공부할 때, 해당 전류들에 대해 이해하고 있으면

더 공부하기 편하겠죠?

 

오늘은 반도체에서 전자의 이동에 대해,

확산전류와 유동전류가 무엇인지 알아볼게요.

 

목차

1. 확산전류(Diffusion current) 2. 유동전류(Drift current) 3. 확산전류와 유동전류 비교

 

 

 

 

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1. 확산전류(Diffusion current)

확산전류는 반도체에서 농도차로 인한 전자의 흐름(전류)입니다.

확산 : 농도 균일화

 

불균일한 농도의 전자 또는 정공 입자로 인해,

농도가 높은 곳에서 농도가 낮은곳으로 입자가 이동하고

따라서, 전류가 발생하는거죠.

 

 

정공의 농도

정공(Hole)의 농도가 위의 그림처럼 차이가 난다고 할때,

전류밀도는 아래와 같아요.

농도차에 의한 확산전류밀도

 

p-n접합의 공핍영역(Depletion region)인근에서는 주로 확산전류의 영향이 큽니다.

물론, 공핍영역 안쪽에서도 확산전류가 발생하긴 합니다.

 

 

 

 

2. 유동전류(Drift current)

유동전류는 전자장(Electric field)이 있을때, 전기력(Electric force)으로 인해 발생하는

입자의 이동(전류)입니다.

 

유동전류 개념은 반도체에서 많이 사용되지만,

금속, 전해질 등에서도 사용돼요.

도체에서의 유동전류

전류밀도는 아래의 식과 같아요,

전기장에 의한 유동전류밀도

 

이때 Mp는 정공의 이동도(mobility of hole)을 나타내요.

해당 정공이 전자장에 얼마나 민감하게 반응하는 가를 나타내는 비례상수죠.

식에서 보면 유동전류는 전하의 농도와 이동도에 비례하는걸 볼 수 있어요.

 

유동전류의 방향은 항상 전자장의 방향과 동일합니다.

전자는 전자장의 방향과 반대로 움직이고,

정공은 전자장의 방향과 동일하므로,

전류의 방향은 항상 전자장의 방향과 같아지는거죠.

 

p-n접합에서 유동전류는 공핍영역 안쪽에서 발생합니다.

 

참고로, p-n접합에서 평형 즉, 공핍영역이 더 이상 늘어나지 않는 것은

공핍영역에서의 확산 전류가 유동 전류와 균형을 이룬 상태입니다.

 

 

 

3. 확산전류와 유동 전류 비교

구분	확산전류(Diffusion current)	유동전류(Drift current)
원인	농도 차	전자장으로 인한 전기력(electric force)
방향	농도가 높은 곳 > 농도가 낮은 곳(입자의 이동 방향)	전자장의 방향(전류의 방향)
관련 법칙	옴의 법칙(Ohm's law)	픽의 법칙(Fick's law)