1. 전자(Electron)과 양공(Hole)
가. 규소(Sillicon, 실리콘)의 전자적 특성
- 저항률(Resistivity)가 10^-3(1/1000)이 된다고 한다.
- 하시만 불순물을 주입하면 저항률을 1,000,000배까지 올릴 수 있다고 한다.
그에 따라 저항을 마음대로 제어할 수 있기 때문에 반도체의 소재에 널리 쓰이는 것이다.
나. 2가지 특성
1) Mobile : 흐를 수 있어야 된다.
2) Charge : 전하(전기 현상을 일으키는 물질)를 띄고 있어야 된다.
따라서 반도체 안에는 전자와 양공이 있다.
※ 양공 : 양의 전하를 띄고 있으며, 구멍처럼 보이는 입자
다. 전자와 양공의 양을 바꾸는 방법
*공정중 *
1) 도펀트(Dopant) 주입
도펀트는 불순물이다.
*공정후 *
2) 전기장(Electric field)을 이용
3) 온도(Temperature)를 이용
4) 방사능(Radiation)을 이용
라. EHP : 실리콘 결정재료 내에 전자와 양공 관계
실리콘은 최외각 각1개의 전자가 같이 결합하여 단단하게 묶어주고 있다.
이를 공유결합이라고 한다.
하지만 약 300K(섭시 27도)온도에서는
공유결합 중 일부는 완성을 못하고 상온으로 얻어진 열에너지로
결합을 깨고 빠져나온다.
이때 전자가 빠져나온 곳에 구멍이 생기는데 이곳을 양공이라고한다.
따라서,
전자 1개 발생하면
양공도 1개 같이 발생한다.
항상 전자야 양공은 짝을 이루기 때문에
EHP(Electron hole Pair)라고 한다.
마. 순수한 규소(Pure Si)는 몇 개의 양공(Hole)이 있는가?
300K을 기준으로 1cm³당 약 100억개가 있다고 생각하면 된다.
바. 진성반도체의 용어 정리
* 진성반도체(Intrinsic semiconductor) *
n= 1cm³당 전자의 갯수
p= 1cm³당 양공의 갯수
ni= 움직일 수 있는 볼질적인 농도
따라서 n=p=ni는 같다고 할 수 있다.
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2. Energy band Diagram 이해
실리콘(si) 원자는 독립적으로 있을 때는 최외각 4개의 원자가 보존이 된다.
하지만 Crystalline의 구조에서 0.543nm의 거리로 좁히게 되면 새로운 에너지 상태가 된다.
isolated 상태 : 독립적인 상태
lattice spacing : 새로운 에너지 상태
독립된 실리콘은 원소(atom)상태
합쳐진 실리콘은 띠상태(Band)
밸런스 밴드(Valence band), 컨덕션 밴드(Conduction band)라고 한다.
실리콘(si)의 Band gap energy는 1.12ev라고 한다.
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3. 전자는 어떻게 앉아있을까?
재료에 따른 Band Gap energy
규소(si) = 1.12eV
실리콘 다이옥사이드(SiO₂) = ~9eV
금속의 경우 = 0이다.
* Band gap energy 측정법 *
빛을 쪼아서 측정한다.
* 전자의 배치는 band gap을 기준으로 멀어질 수록 조밀하게 분포했다. *
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