전하운반체 와 도펀트원자

1. 전하운반체

반도체 물질에서 전하 운반체는 물질을 통해 이동하고 전하를 운반하는 전자와 구멍입니다. 이러한 전하 캐리어의 거동은 트랜지스터 및 다이오드와 같은 반도체 소자의 기능에 매우 중요합니다. 순수한 반도체 물질에는 자유 전하 캐리어가 없으며, 물질은 전기를 전도하지 않습니다. 그러나, 도핑으로 알려진 공정인 반도체에 불순물을 의도적으로 도입함으로써, 물질이 전기를 전도하도록 만들 수 있습니다. 도핑은 기증자 원자로 알려진 여분의 전자를 가진 소량의 불순물을 첨가하거나 수용자 원자로 알려진 전자가 없는 불순물을 첨가함으로써 수행될 수 있습니다. 반도체에 공여 원자가 추가되면 물질을 통해 자유롭게 이동할 수 있는 여분의 전자를 제공하여 n형 도핑으로 알려진 음전하를 띤 캐리어를 과도하게 생성합니다. 반대로, 수용체 원자가 반도체에 추가될 때, 그것은 원자가 밴드에 "구멍" 또는 누락된 전자를 생성하여, p형 도핑으로 알려진 양전하를 띤 캐리어의 과잉을 생성합니다. 반도체 물질에 전기장이 인가될 때, 전하 캐리어는 전기장에 반응하여 이동할 것입니다. n형 반도체에서 전자는 대부분의 전하 운반체이며 필드의 양 끝으로 이동합니다. p형 반도체에서 구멍은 대부분의 전하 캐리어이며 필드의 음의 끝으로 이동합니다. 이러한 전하 캐리어의 이동은 반도체 소자의 기능을 가능하게 합니다. 예를 들어, 다이오드에서, 전기장의 존재는 n형 영역의 전자들이 접합부를 가로질러 이동하고 p형 영역의 구멍들을 채우게 하여, 자유 전하 캐리어가 없는 고갈 영역을 만듭니다. 그러면 다이오드를 통과하는 단방향 전류 흐름이 생성됩니다. 트랜지스터에서, n형 영역과 p형 영역 사이의 전하 캐리어의 이동은 게이트 전극에 의해 제어되어 장치가 스위치 또는 증폭기로서 기능할 수 있게 합니다.

2. 도펀트원자

도펀트 원자는 반도체 물질의 전기적 특성을 바꾸기 위해 의도적으로 도입된 불순물입니다. 이러한 도펀트 원자의 거동은 에너지 준위와 반도체 물질의 에너지 준위와의 상호작용에 의해 결정됩니다. 반도체 물질에서 전자는 밴드로 알려진 에너지 수준을 차지합니다. 원자가 대역은 0도에서 물질 내에서 전자가 완전히 차지하는 가장 높은 에너지 수준이고, 전도 대역은 비어 있거나 부분적으로 전자가 차지하는 가장 낮은 에너지 수준입니다. 원자가 밴드와 전도 밴드 사이의 에너지 갭은 밴드 갭으로 알려져 있습니다. 도펀트 원자는 도펀트 상태로 알려진 밴드갭 내에 추가적인 에너지 레벨을 도입할 수 있습니다. 이러한 도펀트 상태는 전도 대역 내에 있는 에너지 수준으로 전기 전도에 기여할 수 있는 추가 전자를 제공하거나, 원자가 대역 내에 전기 전도에 기여할 수 있는 추가적인 구멍을 제공할 수 있습니다. 도펀트 원자의 에너지 준위는 원자 구조와 전자의 배열에 의해 결정됩니다. 인과 같은 과잉 전자를 가진 도판트 원자는 전도대 바로 아래에 있는 여분의 에너지 수준을 가지고 있어서 반도체 물질에서 전자의 효과적인 공여체가 됩니다. 반대로 붕소와 같은 전자가 결핍된 도펀트 원자는 원자가 대역 바로 위의 에너지 수준을 가지며, 전자의 효과적인 수용체가 되고 원자가 대역에 구멍이 생깁니다. 도펀트 원자가 반도체 물질에 도입되면 물질 내 자유 전하 운반체의 농도를 변화시켜 전자의 수를 증가시키거나 전도에 사용할 수 있는 구멍을 증가시킬 수 있습니다. 이러한 전하 캐리어 농도의 변화는 사용되는 도펀트의 종류에 따라 p형 또는 n형 반도체 물질을 제조하는 데 사용될 수 있습니다. 도펀트 원자와 반도체 물질의 에너지 수준의 상호작용은 반도체 장치의 동작에 매우 중요합니다. 도펀트 원자의 농도와 위치를 세심하게 조절함으로써 반도체 물질의 특성을 특정 용도에 맞게 조정할 수 있어 트랜지스터, 집적회로와 같은 복잡한 전자 장치의 생성이 가능합니다.

3. 외인성반도체

외인성 반도체는 전기적 특성을 바꾸기 위해 불순물이 의도적으로 도핑된 반도체 물질입니다. 이러한 도핑 과정은 물질에 추가적인 전하 운반체를 도입하여 전기 전도도를 증가시킵니다. 순수 또는 고유 반도체에서는 전기를 전도할 수 있는 자유 전하 캐리어가 거의 없기 때문에 전기 전도도가 낮습니다. 그러나 반도체 물질에 불순물이 첨가되면 추가적인 전자를 제공하거나 전자가 이동할 수 있는 빈 공간(또는 "구멍")을 만들어 전하 운반체의 농도를 효과적으로 증가시키고 물질의 전도도를 증가시킬 수 있습니다. 외인성 반도체는 사용되는 도펀트의 종류에 따라 n형 또는 p형으로 분류될 수 있습니다. N형 외인성 반도체는 인 또는 비소와 같은 여분의 전자를 가진 불순물로 도핑됩니다. 이러한 불순물은 반도체 물질에 추가적인 자유 전자를 도입하여 음전하를 띠는 과도한 캐리어를 생성하고 물질의 전기 전도도를 증가시킵니다. 반면, P형 외인성 반도체는 붕소나 알루미늄과 같이 반도체 물질보다 전자가 적은 불순물이 도핑되어 있습니다. 이러한 불순물은 반도체 물질의 원자가대에 "구멍"을 만들어 양전하를 띤 캐리어의 농도를 효과적으로 증가시키고 물질의 전기 전도도를 증가시킵니다. 외인성 반도체에서 불순물의 농도는 일반적으로 도핑 수준으로 표현되며, 이는 반도체 물질의 단위 부피당 불순물 원자 수 입니다. 도핑 수준은 제조 공정 중에 특정 용도에 대해 원하는 전기적 특성을 달성하기 위해 신중하게 제어됩니다. 외부 반도체는 트랜지스터, 다이오드 및 태양 전지를 포함한 많은 전자 장치의 기능을 위해 필수적입니다. 도핑 공정을 신중하게 제어함으로써, 반도체 물질의 특성을 특정 응용 분야에 맞출 수 있어 복잡한 전자 장치를 만들 수 있습니다.