불순물 반도체

순수 반도체는 공유결합으로 전류에 기여하는 전자의 수가 적어 전류가 잘 흐르지 못한다. 하지만 불순물을 첨가하면 전류의 흐름을 좋게 할 수 있고, 조절도 가능하다. 이를 불순물 반도체라고 한다.

 

불순물 반도체는 N형 반도체와 P형 반도체로 구분되며 불순물의 종류 및 양에 따라 전기 전도도와 저항률이 달라진다. 이러한 목적으로 불순물을 확산이나 이온 주입하여 용도에 맞게 사용하며, 이 때 사용하는 불순물을 도펀트(Dopant)라고 한다.

 

N형 반도체

순수 반도체에 5가 원소인 인(P), 비소(As)를 첨가한 반도체를 N형 반도체라고 한다.

공유결합을 하는 Si 구조에 원자번호 15번, 최외각 전자 수가 5개인 인(P)을 첨가하면 Si 원자의 최외각 전자 4개와 결합을 하고 잉여 전자 1개가 남고, 이 잉여 전자를 자유전자라 한다. 자유 전자는 전류의 흐름에 기여해 반도체 내부에 전류를 잘 흐르게 하는 역할을 한다. 이를 캐리어(Carrier)라고 하며, 전자에 의해 이 반도체는 음성을 띄어 N(Negative)형 반도체라고 부른다.

인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등 5가 원소는 전자를 기증하였다는 의미에서 도우너(Donor)라고 부른다.

N형 반도체

 

P형 반도체

순수 반도체에 3가 원소인 붕소(B)를 첨가한 반도체를 P형 반도체라고 한다. 원자번호 5번이면서 최외각 전자 수가 3개인 붕소(B)를 Si에 첨가하면 Si 원자의 전자 최외각 3개와 결합을 하고 빈 공간 1개가 남는데, 이를 정공(Hole)이라 한다. 전자가 부족한 상태이며 이 불순물 반도체는 전기적으로 양성을 띄어 P(Positive)형 반도체라고 부른다.

3가 원소는 정공 자리에 전자를 받아들일 수 있다는 의미에서 억셉터(Acceptor)라고 부른다.

P형 반도체