▷ 기사 제목: MOSFET 속 물리 – 소자부터 n+의 터널 효과까지
▷ 기사 출처:Sk하이닉스
▷ 기사 링크: https://news.skhynix.co.kr/post/physics-in-mosfets?hs_amp=true
▷ 내용 정리: (내용을 정리한 것을 촬영해서 올리거나 직접 작성)
터널 효과는 양자 역학에서 중요한 개념으로, 반도체 재료 내에서 전자나 다른 입자가 장벽을 통과할 수 있는 현상을 말합니다. 이러한 현상은 양자 메카닉스의 원리에 기반하며, 특히 양자 터널링 현상으로 알려져 있습니다.
반도체 소자에서 터널 효과는 두 개의 접촉 사이에 발생하는데, 각 접촉은 잠재적 에너지 장벽을 형성합니다. 이 장벽은 전자가 통과하기 위해 극복해야 하는 장벽에 해당합니다. 전자가 충분한 에너지를 가지고 있지 않아서는 이러한 장벽을 통과할 수 없을 것으로 예상되지만, 양자 터널링은 이를 가능하게 합니다.
양자 터널링은 양자 역학적인 현상으로, 파동-입자 듀얼리티 원리에 따라 입자가 잠재 에너지 장벽을 통과할 수 있는 확률적인 현상입니다. 이는 전자나 다른 입자의 파동성을 나타내며, 장벽을 뚫고 넘어가는 입자의 확률은 장벽의 두께, 에너지, 및 재료 특성에 따라 결정됩니다.
반도체 소자에서 터널 효과는 다양한 응용 분야에서 이용됩니다. 예를 들어, 터널 다이오드는 반도체 소자로서 주로 사용되는데, 이 소자는 터널 효과를 기반으로 작동합니다. 또한, 터널 효과는 플래시 메모리 기술에도 활용되며, 낮은 전압에서 데이터를 저장하고 읽어오는 데에 사용됩니다.
반도체는 전자의 흐름을 효과적으로 통제할 수 있어야 합니다. 하지만 미세공정의 시대가 도래하면서 반도체에 전자를 가두는 것에 있어 어려움을 겪고 있는데요.
전자가 흐르는 길을 그리고 벽을 세우며 회로를 만들지만그 폭이 점점 더 좁아지면서 전자는 설계했던 길을 벗어니벽을 뚫고 다른 곳에서 나타날 수 있는데, 이러한 현상을터널효과혹은 터널링이리고 합니다.
터널효과는 양자역학의 입자나 파동이 고전적으로 통과할수 없는 물체를 통과하는 현상입니다. 고전역학에서는 충분한 에너지를 가지지 못한 입자는 장벽을 넘을 수 없다고예측하지만, 양자역학에서는 이 입자들은 아주 작은 확률일지라도 반대쪽으로 터널을 뚫어 넘어갈 수 있다고 봅니다.
이는 전자의 파동적 성질 때문인데요. 파동의 형태로 존재할 때는 파동의 어떤 지점에서든 전자가 존재할 수 있습니다. 그리고 그 앞에 얇은 벽이 있다면 전자는 벽의 외부 및내부에 모두 존재할 수 있게 되는 것이죠.
더욱더 작은 반도체를 만들어가는데 있어 전자가 벽을 통과하는 터널효과가 잦아져 누설전류가 발생하고, 소비전력 또한 증가하게 됩니다. 따라서 전력 효율을 높이고 오류를 줄이기 위해 터널효과는 제어되어야 합니다.
칩 제조사들은 전류를 통제하기 위해 반도체의 구조 자체를 변경하는 방식으로 극복해나가고 있지만 점점 더 작아지는 반도체에서 터널 효과는 반드시 풀어나가야 할 난제입니다.
▷ 인상깊은 내용 및 활용 방안: 터널효과는 양자 역학현상중 하나로 입자의 파동-입자의 이중성에 기인한다. 이 터널 효과는 반도체에 영향을 끼치는데 대표적인 것이 양자 터널링,저장장치, 저전력 소자, 나노 전자학등이 있다는것을 알게 되었다
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