이 책의 개요
저자는 대학 교단에서 32년 이상 ‘전자재료’와 ‘전자물성공학특론’ 등과 같은 과목을 강의 해왔으며, ‘새로운 광전소자의 개발 및 그 응용’에 관한 연구 경험을 바탕으로 이 책을 집필하게 되었다. 이 책은 반도체 재료 및 소자에 대한 물리적 지식을 쉽고 체계적으로 전달함으로써, 전자재료에 관심 있는 학부생은 물론 대학원생들의 연구에도 실질적인 도움이 되고자 하는 목적으로 이 책을 저술하였다.
이 책의 활용방법
특히 내용면으로 볼 때 크게 세 부분으로 나누어져 있다. 첫 번째 부분은 제1장으로, 전자재료의 정의와 분류 등과 같은 전자재료 전반적인 개요를 다루고 두 번째 부분은 제2장부터 제8장까지로, 반도체의 물성을 과학적으로 이해하는 반도체 물리에 관한 내용을 다루었으며, 마지막 세 번째 부분은 제9장으로, 접합의 구조와 그 전기적 특성을 통해 반도체 소자의 동작 원리를 과학적으로 이해하는 데 중점을 두고 있다.
각 장의 내용을 간략히 살펴보면 다음과 같다.
첫째, 제1장 ‘개요’에서는 전자재료의 정의와 함께 전류, 전압, 저항에 대한 기본 개념을 다루고, 전기전도도(또는 전기비저항)의 개념을 통해 전자재료가 어떻게 분류되는지를 배우며
둘째, 제2장은 반도체의 정의와 종류를 시작으로, 왜 반도체가 도체와 절연체 사이의 전기전도도(또는 전기비저항)값을 가질 수밖에 없는지에 대해 과학적 이유를 고찰해보게 될 것이다. 이를 위해 고체의 원자구조, 원자결합, 그리고 재료 내 단위정이라는 3차원적인 미소영역을 분석하여, 어떤 경우에 재료가 반도체 특성이 나타날 수밖에 없는지에 대해 과학적으로 설명하였다.
셋째, 제3장에서는 반도체 재료 내 존재할 수 있는 결함과 불순물에 대해 배우는데 특히 점결함을 이용한 평판 기술로 p-n 접합 다이오드가 어떻게 만들어지는지, 진성 반도체에 불순물을 첨가해 현재 널리 사용되는 외래 반도체가 어떻게 탄생하게 되었는지에 대해서도 공부해보고 반도체 소자 내 존재하는 바람직하지 못한 1차원 및 2차원 결함에 대해서도 배우게 될 것이다.
넷째, 제4장에서는 반도체 물성을 설명하는 두 가지 모델인 가전자결합모델(valence electron bond model)과 에너지 밴드 모델(energy band model)을 소개하고 그 중 에너지 밴드 모델에서 고체 내 자유전자들의 파동 운동시 양자역학적 이론을 통해 밴드와 밴드 갭 개념이 어떻게 탄생하게 되는지도 공부하게 될 것이고
다섯째, 제5장에서 제7장까지는 전기전도도 개념을 중심으로 반도체 물성을 과학적으로 분석하고 이해하게 될 것이다.
∙제5장에서는 캐리어 농도를 상태밀도와 페르미-디랙 분포함수의 곱으로 구할 수 있음을 배우고,
∙제6장은 이렇게 구한 캐리어 농도가 반도체 물성에 미치는 영향, 더 나아가 진성 및 외래 반도체에서 캐리어 농도 표현 방식과 퍼미에너지의 위치에 대해서도 고찰하게 되며,
∙제7장에서는 모빌리티 개념이 반도체의 전기적 특성에 어떤 영향을 주는지도 배우게 될 것이다.
여섯째, 제8장에서는 비평형상태의 반도체에서 발생하는 과잉 캐리어의 생성과 재결합, 주입 과정, 재결합 메커니즘 및 이로 인한 반도체의 수명(lifetime)을 좌우하는 메커니즘에 대해 공부하게 되며,
일곱째, 제9장은 접합(Junction)의 전기적 특성을 통해 반도체 소자의 동작 원리를 과학적으로 이해하게 될 것이다. 대부분의 반도체 소자는 서로 다른 재료 간의 접합으로 구성되어 있기 때문에, 초기의 금속-금속 접합 특성에서 시작하여 p-n 접합 다이오드의 특성에 이르기까지 다양한 접합이 에너지 밴드 다이어그램에 어떤 변화를 주고, 이러한 변화가 소자의 동작에 어떤 영향을 주는지를 과학적이고 체계적으로 배우게 될 것이다.
