반도체의 일반적인 성질

반도체의 일반적인 성질

 

 

전기전도도가 도체와 절연체의 중간 정도인 결정형 고체들.

 

반도체 물질들은 고유반도체(원소 반도체)와 불순물반도체의 일반적인 2개 그룹으로 나눌 수 있다. 고유반도체는 화학적 순도가 대단히 높고(이 물질들은 1012에 1개 정도의 불순물을 포함함), 전기전도도가 아주 낮으며, 온도에 따라 전기전도도가 크게 변한다. 흔히 쓰이는 고유반도체로는 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs)의 단결정들이 있다. 이러한 물질들에 일반적으로 106에 1개 정도의 불순물을 첨가하면 기술적으로 더욱 중요한 불순물반도체로 된다. 이 과정을 도핑(doping)이라고 하며, 이것은 물질의 전기적 성질을 변화시켜서 전기전도도를 갑자기 크게 한다. 예를 들어 규소 원소 같은 고유반도체의 원자는 4개의 최외각 전자를 가지고 있다. 이 전자들은 규소원자를 그것에 이웃하는 원자와 결합시켜주고 있어서 고체 내에서 자유롭게 움직일 수 없다. 따라서 순수한 규소는 전기전도성이 나쁘다.

 

만약 5개의 최외각 전자를 가진 인(P) 원자가 불순물로 일부의 규소원자를 치환한다면 이웃한 원자들을 결합시키는 데 있어 5번째의 전자는 필요하지 않으므로 이 전자는 자유롭게 움직일 수 있다. 반면 붕소와 같은 형의 불순물원자들은 규소보다 최외각 전자가 1개 적으므로, 붕소원자로 규소원자를 치환한다면 두 원자 사이에 하나의 전자가 모자라 빈 공간을 남기게 된다. 이를 양공 (hole)이라 하는데, 이들은 양전하를 가진 입자처럼 행동하므로 역시 전기전도도를 높여준다(→ 색인 : 양공). 100만 개의 원자에 10개의 붕소원자만 들어가더라도 불순물반도체가 된다. 불순물반도체는 첨가된 불순물이 고유반도체보다 전자를 하나 더 갖거나 혹은 하나가 부족한 두 종류에 따라서 각각 n-형과 p-형으로 구분된다. 반면 전하운반자의 밀도가 거의 같더라도 어떤 특별한 환경에서 전자와 양공의 이동도(mobility)가 다르기 때문에 고유반도체도 n-형과 p-형으로 구분될 수도 있다. 이런 경우에는 이동도가 가장 큰 전하운반자가 전도과정을 지배한다.

 

 

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Posted by  Mr.반