이 책은 반도체의 기본 지식을 폭넓고 깊이 있게 학습하고자 하는 반도체 분야 전공자와 실무자를 위한 책으로, 반도체 물리와 소자에 대한 기초를 제대로 세울 수 있도록 구성하였다. 이 책의 가장 큰 특징은 장마다 J=Q’N?라는 일관된 컨셉으로 학습의 전체적인 구성과 흐름을 설명하는 것이다. 이를 통하여 단순히 외우는 학습이 아니라, 원리를 이해하고 분석적으로 사고하는 방법을 배우게 될 것이다. 또한 수식의 의미를 잘 파악할 수 있도록 유도 및 풀이 과정을 자세히 설명하였으며, 눈에 보이지 않는 원자나 전자의 흐름을 상상할 수 있도록 컬러 그림을 활용하였다. 특히, 수식을 ‘어렵고 복잡한 기호’가 아니라 ‘상세한 의미가 담긴 압축된 서술’로 이해할 수 있도록 설명하였다.
부/장별 내용 요약
1 1~ 2장：반도체 특성 이해를 위한 기초
반도체를 구성하는 원자 배열 구조, 전자의 특성을 이해하기 위한 양자역학 기초를 다룬다.
2 3 ~ 4장：에너지 대역 형성과 캐리어 농도
주기적 원자 배열 구조 반도체의 에너지 대역 형성, 열평형 상태의 전자와 정공 농도를 결정하는 요소, 도핑으로 농도를 조절하는 방법을 다룬다.
3 5 ~ 6장：전류의 형성과 연속방정식
반도체에 전압이 인가된 경우 드리프트 전류와 확산 전류의 형성 과정, 이동도에 대해 설명한다. 캐리어 농도의 공간적 분포와 시간에 따른 변화를 지배하는 연속방정식과 응용에 대해 다룬다.
4 7 ~ 9장：접합의 형성과 전류-전압 특성
반도체와 집적회로를 구성하는 핵심 요소인 pn 접합, 금속-반도체 접합, 이종접합에 전압이 인가되었을 때 에너지 대역도의 변화와 전류-전압 특성의 변화에 대해 다룬다.
5 10 ~ 13장：트랜지스터의 구조와 전기적 특성
증폭 기능이 있는 3단자 트랜지스터의 구조와 동작 원리, 전류-전압 특성을 학습한다. 바이폴라 트랜지스터(BJT), 절연 게이트를 이용한 MOSFET, 접합형 게이트를 이용한 JFET/MESFET을 깊이 있게 다룬다.
6 14장：광소자의 특성
반도체를 이용한 광신호를 전기적 신호로 변환하는 광검출 소자, 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지, 전기에너지를 빛으로 발생하는 발광 소자의 구조와 핵심 동작 원리를 다룬다.
CHAPTER 01 원자 배열 구조와 반도체
이 장의 구성과 학습 내용
1.1 전기전도도와 반도체 : J=ΣQ'Nv
1.2 원자 배열의 주기성과 결정성 반도체
1.3 3차원 주기 결정 구조와 단위셀
1.4 결정성 반도체의 방향과 결정면
1.5 주기적 원자 배열 구조와 역격자 공간
1.6 주기적 원자 배열 구조의 결정 결함
연습문제
CHAPTER 02 반도체 특성 이해를 위한 양자역학 기초
이 장의 구성과 학습 내용
2.1 양자역학의 기초
2.2 슈뢰딩거(Schrodinger) 파동방정식
2.3 슈뢰딩거 파동방정식의 응용
2.4 수소원자 모델 : 3차원 파동방정식을 이용한 원자 내 전자의 특성
2.5 보어의 수소원자 모델과 준-양자역학적 해석
연습문제
CHAPTER 03 결정성 반도체의 에너지 대역과 이동전하
이 장의 구성과 학습 내용
3.1 결정성 반도체의 에너지 대역 형성
3.2 전도대역과 가전자 대역 : 전자와 정공의 정의1
3.3 에너지 밴드갭에 따른 고체의 분류
3.4 결정성 반도체의 에너지 상태밀도함수
3.5 전자와 정공의 분포함수 : f(E)
연습문제
CHAPTER 04 열평형 상태의 반도체 : 전자와 정공의 농도 표시와 조절
이 장의 구성과 학습 내용
4.1 전자...와 정공 농도 : 의미와 표시 방법
4.2 순수 반도체와 고유 캐리어 농도
4.3 불순물 주입에 의한 캐리어 농도 조절
4.4 불순물의 이온화와 다수 캐리어의 생성
4.5 불순물 주입 반도체의 전자와 정공 농도
4.6 반도체의 불순물 농도와 페르미 준위
4.7 열평형 상태의 페르미 준위 분포
연습문제
CHAPTER 05 전하의 이동과 전류 형성 : 전류 관계식
이 장의 구성과 학습 내용
5.1 전계에 의한 드리프트 전류와 이동도
5.2 농도 불균일에 의한 확산 전류와 확산계수
5.3 드리프트-확산 모델과 전류식
5.4 전류식의 응용 : 내부전계와 아인슈타인 관계식
5.5 홀 효과를 이용한 반도체의 특성 측정
연습문제
CHAPTER 06 과잉 캐리어의 생성과 재결합
이 장의 구성과 학습 내용
6.1 과잉 캐리어의 생성과 재결합
6.2 과잉 캐리어의 공간 분포와 시간적 변화 : 연속방정식
6.3 균일 도핑된 중성영역의 과잉 캐리어 : 켤레전하 전송방정식
6.4 결함 준위를 통한 생성과 재결합
6.5 유사 페르미 준위와 캐리어 농도
6.6 과잉 캐리어 특성 분석 : 쇼클리-헤인즈 측정법
연습문제
CHAPTER 07 pn 접합의 형성과 에너지 대역도
이 장의 구성과 학습 내용
7.1 반도체 접합의 종류
7.2 pn 접합의 형성과 열평형 상태
7.3 열평형 상태의 특성과 에너지 대역도
7.4 인가 전압과 pn 접합의 특성 변화
7.5 pn 접합의 접합 정전용량
연습문제
CHAPTER 08 pn 접합 다이오드의 전류-전압 특성
이 장의 구성과 학습 내용
8.1 이상적인 pn 접합 다이오드의 전류-전압 특성
8.2 공간전하영역의 열생성과 재결합 전류
8.3 pn 접합 다이오드의 역방향 접합 붕괴 현상
8.4 pn 접합 다이오드의 소신호 등가회로
8.5 전하 제어 모델과 과도응답 특성 해석
연습문제
CHAPTER 09 반도체 이종접합과 금속-반도체 접합의 특성
이 장의 구성과 학습 내용
9.1 이종접합과 에너지 대역도
9.2 이종접합 다이오드의 전류-전압 특성
9.3 금속-반도체 접합의 종류
9.4 정류형 금속-반도체 접합의 특성
9.5 저항성 금속-반도체 접합의 특성
연습문제
CHAPTER 10 바이폴라 트랜지스터의 전류-전압 특성
이 장의 구성과 학습 내용
10.1 바이폴라 트랜지스터의 구조와 동작 원리
10.2 중성영역의 과잉 소수 캐리어 농도 분포
10.3 바이폴라 트랜지스터의 전류-전압 특성
10.4 실제 바이폴라 트랜지스터의 전류-전압 특성
10.5 바이폴라 트랜지스터의 등가 모델
연습문제
CHAPTER 11 MOS 구조의 전기적 특성
이 장의 구성과 학습 내용
11.1 MOS 구조의 전기적 특성
11.2 전압이 인가된 MOS 구조의 에너지 대역도
11.3 게이트 전압과 기판 전하량(QS)의 변화
11.4 MOS 구조의 임계전압과 일함수
11.5 MOS 구조의 정전용량 변화(C-V) 특성
연습문제
CHAPTER 12 MOSFET의 전류-전압 특성
이 장의 구성과 학습 내용
12.1 MOSFET의 전류-전압 특성
12.2 MOSFET의 전류-전압 관계식과 전달 컨덕턴스
12.3 포화영역 채널길이 변조효과와 기판전압 효과
12.4 약한 반전 상태의 드레인 누설 전류와 기울기
12.5 MOSFET의 소신호 등가회로 모델
12.6 큰 드레인 전압이 인가된 MOSFET의 특성
12.7 기생 BJT와 MOSFET의 전기적 특성
12.8 MOSFET의 특성변수 추출 방법
12.9 MOSFET의 소형화로 인한 특성 변화
연습문제
CHAPTER 13 접합형 전계효과 트랜지스터의 전류-전압 특성
이 장의 구성과 학습 내용
13.1 접합형 전계효과 트랜지스터의 구조와 동작
13.2 접합형 전계효과 트랜지스터의 전기적 특성
13.3 포화영역의 유효 채널길이 변조현상
13.4 소신호 특성과 소신호 등가회로
13.5 이종접합 고이동도 전계효과 트랜지스터
연습문제
CHAPTER 14 반도체 광소자
이 장의 구성과 학습 내용
14.1 광검출 소자의 구조와 동작 원리
14.2 태양전지의 구조와 동작 원리
14.3 발광 소자의 구조와 동작 원리
연습문제
김동명 [저]
서울대학교 공과대학에서 전자공학 학사(1986년) 와 석사(1988년)를 마치고, 한국과학기술연구원(KIST) 에서 연구원으로 근무(1988~1989년)하였다. 1989년에 국비유학생으로 선발되어 미국 미네소타대학교에서 전기공학 박사 학위(1993년)를 취득하였으며, 1993년 3월부터 국민대학교 전자공학부에서 반도체공학, 전자기학, 집적회로 등을 강의하고 있다. 반도체및집적회로연구실(S!LK)에서 고성능 메모리, 집적회로, IoT 센서, 초고주파 집적회로 구현을 위한 반도체 소자의 설계, 제작, 특성 분석과 모델링 분야의 핵심 전문인력을 양성하고 있다. BK21 4단계의 지능형 반도체/디스플레이 핵심 전문인력 양성팀의 사업팀장으로 연구를 수행 중이며, IEEE Electron Device Letters 등 SCI 등재저널에 약 210편의 논문을 발표하였다. SBS문화재단의 해외연구교수(2005년), LG연암문화재단의 연암해외연구교수(2012년)로 선정되었으며, 국민대학교에서 우수교수상(교육부문 : 2011, 연구부문 : 2020년)을 수상하였다. 저서로는 『반도체 공학』 (한빛아카데미, 2017), 『반도체 공학 연습문제 풀이집』 (한빛아카데미, 2013)이 있고, Youtube와 KOCW를 통해 반도체 공학과 전자기학 강의를 제공하고 있다. 또한 매년 반도체 산업을 선도하는 기업체에서 반도체 소자를 강의하며, 현장 적응력과 산업 응용력이 높은 반도체 전문인력 양성을 위한 산학협력 강의를 진행하고 있다. •2002년 ~ 현재 : 삼성전자 (주) Device Solution 부문(S. LSI 사업부, 메모리 사업부) •2012년 ~ 2017년 : LG디스플레이(주) •2008년 ~ 2009년 : 동부하이텍 •2015년 ~ 2016년 : 특허청 국제지식재산연수원
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