9/19일 현대물리

Lecture 3_Particle Properties of Waves part2.pdf

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고전 물리와 현대물리의 차이점. 
물체는 그냥 직선운동을 하는데 시공간의 왜곡에 의해서 방향이 바뀌는것
 
맥스웰 방정식, 유도, 원인과 결과의 관계성 설명.
바퀴가 앞으로 보내려면 어느 방향으로 돌아야하는가
 
왜 b필드는 발산하는 방향으로 움직여야하는가.
작은 애들이 전자라고 하면, 그걸 지나가는 애들이 어느 방향으로 움직여야하는지. 
이런 컨셉에서 발산산하는 방향이 나타남.
 

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프리즘 통과 시 흰색이 퍼짐. 
 
색 별로 굴절률, mass가 다름> 입자로 설명됨. 
간섭실험으로 입자로 설명되지 않음
 
맥스웰 방정식에 파생된 wave eq에 넣으니 빛의 전자기파의 방정식과 잘 맞아떨어짐. 
balckbody radiation.으로 입자가 설명됨.
 
박스내에서 나오는 빛을 분석. 
>wave length 다양한 형태의 파장을 가진 빛이 나옴. 
wave 길이가 작은 영역 freq가 큰 영역에서 fitting이 잘 맞지 않는 문제가 발생. 
why; 가질 수 에너지가 너무많음> 확률로 표현하자.> 온도=평균 분자 운동에너지
 
작을수록 운동에너지 기하급수적으로 올라감으로> max를 찍고 다시 감소함.
에너지는 intensity 커져야함. 
온도가 높아지면 ...커져야하는데 이동에 대해 설명을 못함. 
> 빛이 입자여야 설명. 
 

어쩌다 나온 빛: black body에서 살아남은 빛. 
간섭에서 살아남기 위해서는 정상파의 조건을 만족해야 관측됨. 
종류가 8ㅠv^2/c^3
 
많은 종류의 파장> 평균을 취하자> 왼쪽으로 갈 수록 기하급수적(문제)
>정수배만 가진다고 가정>에너지가 적어짐> intenstiy가 증가하지 않고 감소하는 것을 설명하게 됨. 
 
이 에너지가 fre에 비례하고, 정수배가 가지는 의미 
E=nhf의 의미
 

1.빛+ 2 전자: 빛이 induce하는걸 파악
 
진공관에서 두 개 메탈이 물리적으로 떨어진 채 존재 외부 에너지 인가하지않으면 힘이 발생해야하지 않는데 측정하면 어떨까/
 두개의 메탈 중 하나에 빛을 인가. 
>물리적으로 떨어져있고, 전압이 없음에도 전하의 흐름이 된다. 
>전류=전자의 흐름
>전자의 특정 행위가 나타남
> 빛(중성)을 받으면 물리적인 거리를 전자가 이동하게 됨. 
>빛을 받으면 전자가 나올 수 있음
>전자는 극성을 가진 입자
>전자는 방사형태로 퍼질 수 있지만 다른 메탈에 도달해서 전류가 흐름.> 전자가 어떤 힘을 받아서 collector에 도달해 전류가 흐름. 
>두 거리를 이동할 수 있게하는 KE가 존재함. 
>전류가 흐르는 힘을 이해하면 빛을 이해할 수 있음. 
>아이슈타인의 아이디어 
 

전압을 가함. 가속하는게 아니라 전자가 흐르는 것을 막기위해 반대로 전압을 인가. 
PE를 받음( 전압 인가)
우리가 인가한 PE가 전가가 도달할 KE와 같다면 전류의 흐름이 없지 않을까> 아이슈타인의 생각
>전자의 이동을 막는 전압=Vs라고 함. 

1.외부에서 Vo를 인가. 
>KE를 막는 전압 
빛이 induced해서 생긴 전류 측정 .
1) I I-전류가 아니라 intensity
어떤 특정 f 하나인 빛을 한 플레이트에 인가시 > 전자가 힘을 받아 전류가 흐름. 0v에서. 
V0를 인가해 ke를 막아 전류가 감소하다 전류가 멈춤. (v0지점, PE=KE)
2) 2I
처음나오는 전류양이 증가>dq/dt 빛이 증가하면 전류가 증가
그러나 막기위해 필요한 전압은 vo로 동일함.
3) 3I 
빛 세기 증가시 전류 증가.
그러나 막기위한 전압은 동일 
 
>나오는 전자 갯수는 빛의 세기에 비례
 
2.
1)f3
f3로 때리면 전류가 흐름. 막기위해 V0가 필요 
2)f2
intenstiy가 아니라 주파수를 바꾸어서 때림
같은 양의 전류가 나왔지만 막기위해 더 큰 전압이 필요
=KE가 더 큼. =더큰 전압을 가해야함.
>빛을 받아 나오는 전자 하나가 갖는 키네틱에너지는 주파수에 비례
 
3.
키네틱에너지 k f에 비례
주파수가 커질 수록 에너지가 커짐. 
>무에서 유가 아님. 플레이트로 원자로 구성. 
si, Ge 동일한 빛을 쪼았음에도 물질마다 전자가 갖는 에너지ke가 달라짐. 
 
 
V0미만에서는 왜 나타나지 않는가.
왜 특정 주파수에서 KE를 가지는가.
물질마다 특정 주파수가 다른가. 
 
물질의 결합에따라 주파수로부터 전자를 내보내는 양이 다름. 
 
>더 낮은 f에서 KE가 나온다=si이 더 loose하게 결합하고 있음. 
 
빛은 알갱이 photon입자가 물질을 때림. 
 
 

y축=KE=막기위해 필요한 E 동일한 의미 
선형적으로 측정. 
plate물질에 따라 높낮이 차이 
>1차함수의 선형적이 그래프가 나옴, 이 기울기를 h라 하고 발견. 
 
주파수에따라 가지는 에너지가 비례하는데 h에 비례함. 
1차함수를 그려서 y축과 만나는 지점을 workfunction이라고 함. 
 
플레이트에서 전자가 나옴. 
전자는 원자에 bindng되어 있음 묶여있는 힘=work function
빛을 때려 전자를 발생시키려면 workfunction만큼의 힘을 binding을 끝는데 필요함. 
 
11eV인가시 10은 끝는데  1은 KE로 쓰임
 
특정 기준을 두고 f0가 다른 이유는 workfucntion binding을 끝는데 필요한 에너지가 다르기 때문임. 
더 많은 에너지가 끝는데 쓰임. 

valenced band에서 balanced band로 옴기는데 필요한 Eg가 필요함. 

Ke와 빛의 세기와 무관
Ke는 빛의 주파수와 종속적
전자는 플레이트의 물질에서 나오고, 결합 힘인 workfunction이 작을 수록 더 적은 주파수의 힘에서도 전자가 나오게 됨. 
 
-전류증가 전자 개수 빛의 세기
-전자의 에너지는 주파수 

과거 해석 빛=파동일때 설명되지 않는 문제들
문제
-f0이상에서만 나오는지 설명x
 

빛은 입자.
빛은 양자화되어 있음 (막스 플랑크와 다른것 같음)
 
아인슈타인: 파장을 길게 생각하지 말고 조금만 봐서 하나의 덩어리로 보자는 것 같음. 덩어리를 particle, 덩어리라 봄.
하나의 알갱이가 플레이트를 탈출 다른 플레이트로 이동> 전류 흐름
 
E=hf
주파수에 비례
수학적 관점에서 어떻게 얻었는지 정리 
외부 input hf 인가 =workfunction+ K.E 
쪼아준 빛의 크기를 안다. 
외부에서 반대로 인가한 전압으로 K.E 알 수 있음. 
>워크 펑션 크기 알 수 있음. 

플랑크가 만든 h를 설명할 수 있게됨. 

시각화 
손전등에서 빛(알갱이)>4개의 빛ray=1개 빛 알갱이=전자 3개
8개 빛=전자6개 (동일 KE를 가짐)
낮은 주파수에서 전자 나오지 않음 시간과 상관x, 판의 원자를 깨는데 충분하지 못한 에너지를 인가하기 떄문
고주파수에서 전자 방출

photon의 특성. 
-no mass
 
상대성에서 mass를 배움> momentum(시간, 일, 에너지를 알 수 있음)
 
빛-no mass> no energy x 상충 에너지 가짐. 
 
photon은 mass는 없지만 항상 움직이기 때문에 모멘텀으로 설명해보려고 함. 
 
p를 정의
정리한 식을 뺴줌. (분자 동일)
생략이 됨. 
E로 정리 
totoal E= potential E + K.E
 
빛은 항상 빛의 속도로 움직임. 멈출 필요가 없으니 potential E를 가질 필요가 없음 가지지 않고 모든 E를 K.E로 가짐. 
(현대물리)
E=hf로 설명할 수 있음. 
p=h/람다
눈에보이는 입자를 기술하는p 눈에 보이지 않은 파동의 특성을 설명하는 람다가 h를 두고 반비례 관계함. 
두 수식을 연결하면 입자가 wave의 특성을 가짐을 암시하게 됨. 
(양자역학의 토대가 됨?)
 
 

물질마다 work Fumction이 다름. 
work fuction이 크다면/작다면 갖는 의미가 무엇인지 알기
 
원자가 전자를 갖는 힘. 
high reactivity-thermally, chemically unstable =low workfunction
반응성 관점에서는 high workfucntion이 일반적인 상황에서 좋음. 
 
그러나 
 
반도체 업계에서는 반응성이 낮으면 안좋음.
 1)비쌈 2)가공처리가 힘듦-에칭이 안된다.-패터닝이 안된다.
 
기업
싼 물질로 좋은 특성을 만들어서 이윤을 만들어야함. 
 

공정 호환성
반도체 fab에 friendly한 물질로 사용해야함 . 
여러 interconect사용하는 물질들이 좋은 물질일 수록 비쌈.cost 
 
반도체 입체화
선택적으로 부분만 제거하고 싶음. 
화학적 반응으로 제거
3개의 클로링이 1개의 입자를 잡아 gas화 시켜 제거하려고 하는데 
workfunction이 크면 잘 반응하지 않음
 

 
디바이스 관점에서 work fucntion이 큰 것을 사용하지 않는 이유.
-접합시키면 전자가 넘어옴. Ef(metal) 움직이지 않음. Ef(semi)감소로 flat하게 되면서 에너지 밴딩이 발생.
interface부분의 barrier가 발생> rectifler을 만들 수 있음.
 
heavy도핑시 Wd 도핑농도에 반비례함. 
Wd가 감소로 전자가 터널링을 할 수 있게됨. >오믹컨택이 되게됨

2개 화살표
1.운동 에너지 
2.터널링(오믹) Wd가 특정 이하가 되면
 
MOS FET
Vt
Finfet 이용하는 요즘. Vt조절하는 유일한 방법- Metal workfunction이 유일. 
>최신의 유행을 몰라도 
VT를 조절하는 방법에서 요즘의 요구를 맞추기 위해 어떤 조작할 수 있으면 되는지 알아야함. 
 
>이런 이유로 work function이 크면 별로 좋지 않음
 
 
수업시간에 작성한 내용으로 정확하지 않을 수 있습니다.