반도체의 개요

1. 도체 : 물질의 구조에서 전기를 잘 통하는 물질

 

2. 부도체(절연체) : 전기를 잘 통하지 못하는 물질

 

3. 반도체 : 도체와 부도체의 중간적인 성질을 가지는 물질을 의미하며 빛이나 열 또는 특정 불순물을 넣어주면 전기가 잘 통하는 물질

 

4. 반도체의 저항율이 약 10-5 ~ 10+6[Ω·Cm] 정도이다.

5. 물질에서 전기 전도도가 주변의 온도, 불순물 함유상태, 여기상태에 따라 변화될 수 있다는 것은 매우 중요한 의미를 가진다.

6. Si, Ge과 같이 단일 원소로 되어 있어 전기적 특성의 제어가 용이한 원소 반도체(Elemental Semiconductor)

 

7. GaAs, GaP 등과 같이 서로 다른 두 가지 원자의 결합으로 이루어진 화합물 반도체(Compound Semiconductor)

 

8. 진성반도체(Intrinsic Semiconductor) :

1) 불순물을 전혀 포함하지 않은 반도체를 의미하며 순수 반도체라고 한다.

2) 일반적으로 1010개의 반도체 원자에 대하여 1개 이하의 불순물을 가지게 된다.

3) 실리콘(Si)의 경우 결정의 순도가 99.9999999999% 이상으로 순도가 매우 높다.

 

9. 불순물반도체(Extrinsic Semiconductor) : 진성반도체의 단결정에 특정원소를 미량 첨가한 반도체로, N형(N-type) 반도체와 P형(P-type)으로 구분된다.

 

10. N형 반도체 : 전기전도 현상을 지배하는 다수반송자(Majority Carrier)가 전자, 소수반송자(Minority Carrier)가 정공인 반도체이다. 원자가 4가인 Si이나 Ge의 순수한 단결정에 원자가가 5가인 불순물 P(인), As(비소), Sb(안티몬), Bi(비스무스) 등을 넣어 결합하면 5가인 경우 결합할 수 없는 가전자가 1개 남게 되며 이 캐리어가 음전하(Negative의 약자인 N형 반도체라고 한다.

11. n형 반도체의 에너지대를 보면 전도대(CB)의 바로 아래에 과잉전자에 의해서 형성된 에너지 준이, 즉 도너레벨(Donor Level)이 위치하고 있다.

 

12. 대다수의 4족 원소에 5족의 불순물로 인하여 전자가 남는 상태가 되므로, 쉽게 자유전자가 만들어져 전기가 잘 흐른다.

 

13. 따라서 전기저항이 작고, 에너지갭이 줄어들기 때문에 이 도너준위를 넘어 쉽게 전기 전도가 이루어진다.

 

14. P형 반도체 : 순수한 반도체 결정을 가지는 4가의 실리콘(Si)에 가전자 3개를 갖는 3가 원소, B(붕소), Al(알루미늄), Ga(갈륨), In(인듐) 불순물을 넣어 정공(Hole)의 수를 증가시킨 외인성(Extrinsix) 반도체.

 

15. 즉 다수반송자(Majority Carrier)가 정공, 소수 반송자(Minority Carrier)가 전자인 반도체이다.

 

16. 이때 P형이란 Positive의 약자로 자유전자보다 양(+)의 전기를 가진 정공의 수가 많기 때문에 붙여진 이름이다.