heinrich rudolf hertz - knubh.knu.ac.kr/~ilrhee/lecture/modern/chap3.pdf · 2017-11-13 · 종류...

Heinrich Rudolf Hertz

(1857 – 1894)

proved the existence of the

electromagnetic waves theorized

by James Clerk Maxwell's

electromagnetic theory of light.

Guglielmo Marconi

(1874 – 1937)

1909 Nobel Prize in Physics

with Karl Ferdinand Braun

Lee de Forest (1873 – 1961)Audion

Father of Radioelectronic amplifying vacuum tube

Kilby (1958)

Noyce(1959)

Jack St. Clair Kilby(1923 – 2005)

realization of the first integrated

circuit while working at Texas

Instruments (TI) in 1958.

2000 Nobel Prize in Physics

Robert Norton Noyce(1927 – 1990)

Mayor of Silicon Valley,

co-founded Fairchild

Semiconductor in 1957

and Intel Corporation in 1968

종류 물질 비저항[10-8Ω-m] 종류 물질 비저항[Ω-m]

금속

은 1.59

반도체

탄소 3~60×10-5

구리 1.72 게르마늄 1~500×10-3

알루미늄 2.82 실리콘 0.1~60

텅스텐 5.6

부도체

유리 1010~1014

철 9.71 고무 1013~1015

니크롬 110 석영 7.5×1017

납 22 나무 108~1011

수은 98 황 1015

[예제]구리의밀도는 8.93g/cc이다.그리고구리의분자량은 63.5g/mole이다.

구리원자 1개당자유전자가 1개라면구리내의자유전자의밀도는얼마인가?

(답) 자유전자의 밀도는 단위 체적 안에 존재하는 자유전자의 수이다.

단위 체적이 몇 mole인지 계산하여 아보가드로 수를 곱해주면 된다.

물질의 전기적 특성

Octet rule

-an atom tends to bond with other atoms until it has eight electrons

in its outmost shell, similar to the stable electron configuration of

the noble gas elements

-exceptions: H; 2 Li; 2 Be;4 B;6

P, S; more than 8 electrons by incorporating d orbitals

Ionic Bonds

Na + Cl Na+ Cl-

Li + F Li+ F-

Covalent Bonds

Covalent Bonds in Silicon

n-type semiconductor

전자가 캐리어(carrier)

p-type semiconductor

정공(hole)이 캐리어(carrier)

에너지 밴드 갭(Energy band gap)의 형성

pn 접합의 공간전하영역(depletion region)

접합근처에는 전자와 정공이재결합하여 이온만 존재하는공간이 생김 (공간전하영역)

pn 접합의 공간전하영역(depletion region)

접합근처에는 전자와 정공이재결합하여 이온만 존재하는공간이 생김 (공간전하영역)

p-n Junction : Reverse Bias

공간전하영역이 넓어져전하이동이 불가능

p-n Junction : Forward Bias

공간전하영역이 좁아져전하이동이 가능

I-V characteristics of p-n junction

LED: Light Emitting Diode

전자와 정공이재결합할 때 빛이 발생

Bipolar Transistor Biasing

-Base는 폭이 좁음-Emitter에서 이동하는전자는 Base를 거쳐Collector로 이동

-Collector에 양의 전압-Base 전류에 의해Collector 전류 조절

-전류제어소자

Current amplification

Junction Transistor Biasing

-Gate의 전압에 의해channel의 폭이 조절되어전류가 조절됨

-전압제어소자

MOS FET (Field Effect Transistor) 구조

강대원(姜大元, 1931-1992)

1960년, Martin Atalla와 공동으로MOSFET를 최초로 개발

MOSFET Biasing

-Gate의 전압에 의해channel의 폭이 조절되어전류가 조절됨

-전압제어소자

Transistor amplifier circuit

Switching Circuit (NOT Gate)

저항(Resistor)

축전기(capacitor)

트랜지스터(transistor)

다이오드(diode)

Photolithography process

IC Manufacturing Process(Example)

반도체 소자 및 IC의 제작

1. 회로의설계2. Lithography 과정3. Etching 과정4. Metalization

5. Molding(Packaging)

6. Testing

Hynix

10nm process

OXIDATION

DEVELOPMENT (lithography III)

ION IMPLANTATION(Doping Process)

METALLIZATION

EDS TEST

SAWING

WIRE BONDING

MOLDING

FINAL TEST

Operational Amplifier (OP Amp 741)

Digital gate의 개념

2진수

디지털 Logic

-신호가 5.6V이상이면 1의 상태, 그렇치 않은 경우 0의 상태

십진수 36은 2진수로는100100

1바이트는 8 비트이는 2진수 8자리이므로, 16진수 두 자리로 표현 가능.따라서 16진법이 많이 사용됨.

American Standard Code for Information Interchange; ASCII, 7bit encoding

[예제] de Morgan 정리 를 증명해 보자.

A B

0 0 1 1

1 0 0 0

0 1 0 0

1 1 0 0

이것도 증명해 보라.

A A

0 1

1 0

NOT-gate (CMOS)

NOT-gate

A B Output

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

NOR-gate

A B Output

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

OR-gate

NOR-gate

NAND-gate

A B Output

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

A B Output

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

NAND-gate

AND-gate

Examples

Digital computer

A B Output

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Half adder

Full adder

1

4 bit adder

2진법: 1111+1111=1111010진법: 15+15=30

1 bit memory

Set Reset Q -Q

1 0 1 0

0 1 0 1

Clock Data Q

1 1 1

1 0 0

D Flip Flop

4 bit register

CCD(Charged Coupled Device)

1969: Boyle, Smith

Willard Boyle(1924 –2011), George Smith (1930- )

2009년노벨물리학상

-입사하는 빛을 전하로 바꾸고,

이를 디지털 컨버터(digital converter)에 전달하는 장치

-CCD는 p형 반도체 위에 산화층과 전극을 구성한 것

-전극의 배열(array)이 2차원의 전면을 덮고 있다. 3개의 전극이

하나의 픽셀(컬러 영상에서 적색, 녹색, 청색의 필터와 함께)을 구성

-입사 빛으로 광전효과에 의해 전자 생성.

-전극에 +전압을 인가하면 생성된 전자들이 전극 쪽으로 이동

-p형 반도체의 정공들은 밑으로 밀려 전극 아래에는 전자들만

존재 하는 양자우물(quantum well)형성.

-각 전극에서 생성된 전자들을 디지털 컨버터로 이동.

-디지털 컨버터는 이 전자들을 모아 디지털 신호로 바꾸어 영상을 구성

Light Emitting Diode

나카무라 슈지(노벨상 수상자)

FET

MOSFET을최초로개발한한국인

Microprocessor

정류기 IC

증폭기 IC