먼저 반도체는 크게 두 가지로 나눌 수 있다.
진성 반도체와 외인성 반도체 이다.
진성 반도체(또는 순수 반도체)는 영어로 intrinsic semiconductor 라고 하며
여기에 불순물이 포함되어 전자나 홀의 수가 달라진 반도체를 외인성(外因性) 반도체(또는 불순물 반도체)라고 하며 영어로는 extrinsic semiconductor 라고 한다.
진성 반도체 불순물 첨가(doping) 하여 n형 반도체 또는 p형 반도체를 만들 수 있다.
n형 반도체
실리콘이나 게르마늄 같은 단결정 반도체에 5족(P, As, Sb) 등 첨가(doping).
ex) 4족 Si 반도체에 5족 P 첨가시 P 원자가 Si 원자 대체
-> P 원자는 이웃하는 Si 원자와 전자 하나씩 공유하며 공유 결합
-> 다섯번째 전자는 짝이 안맞아 남게되고 P 원자에 약하게 속박 되어있음(P는 원래 최외각전자 5개임)
-> 약간의 열에너지만 있어도 P원자와의 결합에서 벗어나 자유로이 움직이는 자유전자가 됨
-> P는 전자를 잃고 양이온이 되지만 결정격자에 고정되어 있어 전기전도에는 기여 안함
위와같이 결정에 전자를 공급해주는 불순물이 도너(donor) 이고, 이를 통해 만든 반도체가 n형 반도체 이다.
-> 전자가 많기 때문에 negative-type semiconductor, n형 반도체 라 부른다.
추가)
도너(donor)는 약간의 에너지만 있으면 전자 방출하고 자신은 양이온이 된다.
-> 에어지대에서 전도대 바로 아래 도너준위(donor level, ED) 형성함
-> 페르미레벨이 높아짐(전도대와 도너준위 중간)
전자밀도>>정공밀도, 전자가 다수 캐리어(majority carrier), 정공을 소수 캐리어(minority carrier) 라고 부름.
p형 반도체
n형과 유사한 방식이나, 5족 대신 3족 첨가(doping)
ex) 순수한 Si 반도체에 3족 원자 B 첨가시 B원자가 Si원자 대체
-> 이웃하는 4개의 Si원자와 전자 하나씩 공유하며 공유결합하지만 전자 하나 모자람(B는 최외각 전자 3개)
-> Si와 공유결합 하지 못한 정공 하나 발생.(전자가 비어있는 구멍)
-> 전자가 정공으로 쉽게 옮겨와 B원자는 음이온이 되지만 고정되어 있기 때문에 전기전도에는 기여안함.
위와같이 정공을 형성해 전자를 받는 B와 같은 원자를 억셉터(acceptor)라 하고, 이를 통해 만든 반도체가 p형 반도체 이다.
-> 정공이 많기 때문에 positive-type semiconductor, p형 반도체라 부른다.
추가)
억셉터준위(acceptor level, EA)는 가전자대 바로 위 형성
-> 극히 낮은 열에너지에도 쉽게 가전자대에서 억셉터준위로 전자들이 여기하여 음이온이 됨.
-> p형 반도체는 낮은 온도에서도 가전자대에 많은 양의 정공 생성
정공밀도>>전자밀도, 정공이 다수 캐리어(majority carrier), 전자가 소수 캐리어(minority carrier)이다.
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