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물리전자공학(고체물리공학) 선수과목 질문

용감한 존 스튜어트 밀*

2022.11.11

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안녕하세요. 전자전기공학을 전공 중인 3학년 학생입니다. 대학원은 반도체 신물질 연구 쪽을 희망하고 있습니다. 최근 반도체의 기본기를 빠삭히 하기 위해 복습겸 물리전자책을 초반부터 읽고있습니다.

다만 양자역학과 에너지 밴드에 관해 제가 이해 못하는 점이 수두룩합니다. 예시로 페르미온과 보손 하면서 스핀 양자수에 관한 내용이 나오는데 이런 소립자 내용은 공부해본 적이 없네요. 또한 Density of state 같은 부분은 설명이 빈약하게 되어있습니다. 제가 유튜브 강의에서 Dos가 물질의 dimension에 따라 다양한 개형을 가지고 Si반도체의 한계에 직면해 이를 기반으로 신물질을 만들고 있다 라고 들었습니다.

혹시 물리전자를 깊게 이해하는데 앞서 필요한 전문과목이 있을까요? 또한 반도체 신물질 분야를 공부하기 위해 필요한 타과 과목이 있을까요? 감사합니다.

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댓글 10개

2022.11.11

고체물리 전에 하면 좋은 과목 : 양자역학, 열역학, 통계역학
양자역학 전에 하면 좋을 과목 : 수리물리학

대댓글 1개

용감한 존 스튜어트 밀작성자*

2022.11.11

말씀 감사합니다! 역시 말 그대로 역학이 중요하군요

2022.11.11

언급하신 내용들은 주로 (양자)통계역학, 그리고 (양자)다입자계 물리학과 관련이 있습니다. 기초는 물론 공업수학과 기초 양자역학이 되겠고요. 양자역학은 주로 주어진 퍼텐셜에서 단일 입자의 슈뢰딩거 방정식을 어떻게 푸는지, 그리고 그 의미가 무엇인지를 이해하시면 되고요, 양자 통계역학은 단일 입자가 아닌 여러 입자들이 어떤 다입자 효과들을 가져오는지를 이해시면 됩니다. 에너지 갭은 격자 퍼텐셜에서의 다입자 효과의 대표적인 예시입니다.

대댓글 4개

용감한 존 스튜어트 밀작성자*

2022.11.11

와 정말 감사합니다! 이론물리학 전공하시는 건가요?

혹시 내년에 물리화학(physical chemistry)나 재료화학을 공부하는 것이 반도체의 에너지 밴드나 물질 구조를 이해하는데 도움이 될까요?

2022.11.11

네. 이론물리학 전공중입니다.

물리화학은 저도 수강해 봤는데, 학교마다 다를 수 있지만 제가 들은 물리화학 강의는 물리학부 전공 외의 학생들이, 그러니까 고전역학이나 전자기학 등을 수강하지 않은 학생들을 위한 효율적인 양자역학 강의라는 인상을 받았습니다. 그러니까 작성자분에게 적절한 선택일 수 있습니다. 다만 초반의 양자역학 기초 이후 방향성은 주로 화학적 실험 측정에 관련된 스펙트로스코피의 작동원리(양자역학에 기반합니다)를 이해하기 위한 방향으로 가는데, 이는 고체역학이나 반도체와는 조금 무관할 수 있습니다. 수강 전에 먼저 작성자분 학교의 물리화학 강의 개요를 알아 보세요. 재료화학은 저도 잘 모르겠습니다.

마지막으로 원 댓글에 조금 어폐가 있었기에 수정을 하자면, 에너지 갭은 다입자 효과라기보다는 격자 퍼텐셜의 주기성에 의해서 나타난다고 말하는 것이 조금 더 정확하겠습니다. 보통 다입자 효과라고 하면 입자간 상호작용을 포함해야 하는데, 일반적으로 말하는 에너지 밴드는 퍼텐셜 격자가 있으면 단일 전자(혹은 단일 전하 운반자)에서도 나타나기 때문에 좁은 의미의 다입자 효과라고 하기엔 조금 어폐가 있겠네요.

2022.11.11

물론 단일전자의 에너지 밴드는 교보재적인 기초 예시이고, 실제로 반도체를 개발하기 위해서는 결국 상호작용이 포함된 더 정확한 모형을 다뤄야 하기 때문에 다입자 효과를 이해하는 것은 아마 여전히 중요할 겁니다.
용감한 존 스튜어트 밀작성자*

2022.11.11

말씀 감사합니다!

2022.11.11

백그라운드 이해 하고싶으면 시간낭비 하지말고 양자랑 통계을 보세요.
고체물리는 물리과 4학년 과목으로 물리과 학부 최종 테크에 있는 과목입니다. 이걸 백그라운드 빼고 공대버전으로 만든게 물리전자공학이고요. 물리과에서 괜히 4학년에 가르치는게 아니기 때문에 학부 2-3학년 화학과나 재료과 과목 들어봐야 어딘가엔 빈틈이 있을 수 밖에 없니다. 화학과 과목으로 학부 고체 제대로 이해하려면 학부가 아니라 대학원 물리화학을 들어야합니다.

대댓글 2개

용감한 존 스튜어트 밀작성자*

2022.11.11

아 물리학과는 고체물리를 4학년 때 배우는군요.
말씀 잘 새겨듣겠습니다.
그냥 4학년 때 확률변수론같은 반도체와 간접적으로 연계되고 전공에 충실하는 게 좋겠지요?

2022.12.19

전기전자전공에서 가르치는 확률변수가 어떤 것인지는 모르겠지만 이제 4학년 올라가시면 그냥 고체물리 수강해보시는 걸 추천합니다. 학부 고체물리가 당연히 양자물리랑 통계물리 베이스가 있어야 하긴 합니다만 물리과 양자 1년 배우는 것 중에 고체물리에 필수적인 내용만 따로 공부하시거나 고체물리 교수님께 수업들으면서 '제가 물리 백그라운드가 많이 부족해서 혼자 기초내용 공부하다 어려운 것이 있어서 질문드립니다..' 이런 식으로 따로 공부하는 것이 나을 것 같아요. 처음부터 타 전공 기초를 다질 생각으로 보시면 한도 끝도 없기 때문에 일단 본인 분야랑 관련있는 부분 공부하다가 백그라운드가 필요하다 싶은 부분을 채워 나가는 식으로 하는게 효율적이라고 생각합니다.

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