Depletion Layer, Space Charge Layer, Space Charge   공핍층, 공핍 영역, 공간전하 영역, 공간 전하

1. 공간 전하 (Space Charge) / 공간 고정 전하 (Spatially Fixed Charge)
 
  ㅇ 공간 내 위치가 고정된 전하
     - 반도체 접합 등에서,
     - 확산 등에 의해, 이동 가능 전하 캐리어가 빠져나가고,
     - 그 자리에 남게된 이온화된 불순물 원자 이온이,
     - 공간적으로 고정되어 전하를 띈 것
 

2. 공간전하영역 (Space Charge Layer), 공핍층 (空乏層, Depletion Layer)

  ㅇ 반도체 내 접합 부분에서, 움직이는 전하 캐리어(전자,정공)가 없는, 고 저항 영역
     - pn 접합시, 전하 캐리어 확산에 의해 전하 캐리어가 상대 영역에 이동하며,
     - 이동된 전하 캐리어들 대부분이 상대 영역에서 재결합되거나 소멸되나,
     - 원자 자신은 이온화되어 격자를 형성하면서, 고정된 이온화된 도너 및 엑섭터 원자로 남게되고,
     - 이들 이온화된 고정 원자들에 의해 형성된 경계 부근의 내부 전계에 의해,
     - 더이상의 확산을 막게되는 고 저항 영역

  ㅇ 자유 전하 캐리어가 없으므로 공핍층 이라고도 함


3. 공핍층 내 힘의 균형

  ㅇ 내부 전계력 = 반송자 확산력 (균형을 이룸)
        

     - 고정된 도너,억셉터 이온들 간에 내부 전계(Built-in Field)가 형성됨
        . 이에따라, 내부 전위(Built-in Potential)가 생기고,
        . 에너지 전위 장벽(Built-in Potential Barrier)이 나타남


4. 공핍층 내 면적, 폭

  ㅇ 공핍층 양쪽 면적이 같아짐
       

     - 공핍층 전하량 밀도(공간전하밀도)는, Na xp = Nd xn 
        . 양쪽 면적이 같아짐
           .. 결국, 공핍층 전체에서 순 전하량은 0 

  ㅇ 공핍층 전체 폭
     
     - Φbi : 내부 전위


5. 공핍층의 특징

  ㅇ 공핍층에는 자유전자(이동 전하)가 없고, 고정된 이온 불순물 전하 만 있음
  ㅇ 역 바이어스 하에서 대부분의 전압이 공핍층에 걸리게 되고, 강한 내부 전계가 형성됨
  ㅇ 이때, 공핍층 내에 생성된 전자 정공 쌍(EHP)은 빠르게 양쪽 전극으로 휩쓸려 가게됨

  ※ [참고] ☞ 공핍 근사 (Depletion Approximation) 참조


6. 공핍층의 응용 例)

  ㅇ JFET, MOSFET 등에서, 역방향 전압 바이어스에 의해,
     - 전도 채널의 유효 단면적 조절로, 전류 흐름(드레인-소스 간)의 제어가 가능