3족, 4족, 5족 원소 와 격자구조

1. 3족원소

3족 원소는 주기율표의 일부이며 전이 금속의 하위 집합입니다. 여기에는 스칸듐(Sc), 이트륨(Y) 및 루테튬(Lu) 원소가 포함됩니다. 반도체 재료는 전도체와 절연체 사이의 전도성을 갖는 재료입니다.

그들은 트랜지스터, 다이오드 및 집적 회로와 같은 전자 장치를 만들기 위해 전자 산업에서 널리 사용됩니다.

3족 원소 중에서 이트륨만이 반도체 재료로 일반적으로 사용됩니다.

이트륨은 4.07eV의 넓은 밴드갭 에너지를 가지고 있어 높은 전기 저항과 낮은 유전 상수를 갖는 재료를 생산하는 데 유용합니다.

이트륨은 또한 전기적 특성을 변경하기 위해 갈륨비소(GaAs) 및 인듐 인화물(InP)과 같은 다른 반도체 재료의 도펀트로 사용됩니다.

예를 들어, GaAs에 소량의 이트륨을 추가하면 전자 이동도를 높일 수 있어 고속 전자 장치에 사용하기에 더 적합합니다.

이트륨은 반도체에 사용되는 것 외에도 초전도체, 형광등용 인광체, 화학 산업의 촉매 등 다양한 용도로 사용됩니다.

2. 4족원소

4족 원소는 주기율표의 하위 집합이며 탄소(C), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn) 및 납(Pb)을 포함합니다.

이들 원소 중에서 실리콘은 가장 일반적으로 사용되는 반도체 재료입니다. 실리콘은 트랜지스터, 다이오드 및 집적 회로와 같은 전자 장치를 만들기 위해 전자 산업에서 널리 사용됩니다.

1.1eV의 밴드갭 에너지를 가지고 있어 적당한 전기 저항과 높은 유전 상수를 가진 재료를 생산하는 데 유용합니다.

실리콘은 또한 전자 이동도가 높고 고주파 응용 분야에 더 적합한 갈륨비소(GaAs) 및 인듐 인화물(InP)과 같은 다른 반도체 재료를 성장시키기 위한 기판 재료로 사용됩니다.

전자 제품에 사용되는 것 외에도 실리콘은 태양 전지, 유리 제조 및 화학 산업의 촉매제를 포함하여 광범위한 다른 응용 분야를 가지고 있습니다.

게르마늄은 4족 원소의 또 다른 반도체 재료입니다. 0.67eV의 밴드갭 에너지를 가지고 있어 실리콘보다 작아서 적외선 감지기 및 낮은 에너지 밴드갭이 필요한 기타 응용 분야에 더 적합합니다.

그러나 게르마늄은 가격이 비싸고 가용성이 제한되어 있어 실리콘보다 덜 일반적으로 사용됩니다.

주석과 납도 반도체이지만 독성 및 기타 제한 사항으로 인해 탄소, 실리콘 및 게르마늄보다 덜 일반적으로 사용됩니다.

3. 5족원소

5족 원소는 주기율표의 하위 집합이며 질소(N), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 및 비스무트(Bi)를 포함합니다.

이들 원소 중 인과 비소가 반도체 재료로 흔히 사용된다. 인은 실리콘의 도너형 불순물로, 실리콘 격자에 여분의 전자를 기증할 수 있음을 의미합니다.

이는 전자 이동도가 높은 n형(네거티브 형) 반도체 재료를 생산하는 데 유용합니다.

인이 도핑된 실리콘은 전자 산업에서 트랜지스터 및 다이오드와 같은 전자 장치를 만드는 데 널리 사용됩니다.

비소는 실리콘의 또 다른 도너 유형 불순물이며 그 특성이 인과 유사합니다.

그러나 비소는 원자 질량이 더 크고 인보다 전자 이동도가 더 높은 반도체 재료를 생산할 수 있습니다.

비소 도핑 실리콘은 마이크로파 및 밀리미터파 전자 장치와 같은 고속 장치가 필요한 응용 분야에 사용됩니다.

안티몬도 실리콘의 도너형 불순물이지만 가용성이 낮고 비용이 높기 때문에 인과 비소보다 덜 일반적으로 사용됩니다.

비스무트는 실리콘의 p형(포지티브 형) 불순물로, 실리콘 격자에서 추가 전자를 받아들일 수 있음을 의미합니다.

비스무트 도핑 실리콘은 열을 전기로 변환하는 열전 장치에 사용됩니다.

질소는 전자적 특성으로 인해 실리콘 격자에 통합하기 어려운 반도체 재료로 일반적으로 사용되지 않습니다.

그러나 질소 도핑된 다이아몬드는 고온 및 고전력 전자 응용 분야를 위한 잠재적인 반도체 재료로 연구되었습니다.

4. 결정격자

결정 격자는 교체 물질에서 원자, 이온 또는 분자의 규칙적이고 반복적인 패턴입니다.

결정 격자는 밀도, 녹는점 및 광학적 특성과 같은 고체 물질의 많은 물리적 특성을 결정합니다.

결정 격자의 원자, 이온 또는 분자는 3차원 그리드와 같은 구조로 배열되어 있으며 격자의 각 단위는 3차원에서 반복됩니다.

격자에서 반복되는 단위를 단위 셀이라고 하며 입방체, 정방정계, 사방정계 및 육각형과 같은 다양한 모양을 가질 수 있습니다.

결정 격자는 격자 상수(격자 점 사이의 거리)와 격자 벡터 사이의 각도를 포함하는 격자 매개변수로 설명할 수 있습니다.

이러한 격자 파라미터는 결정 격자를 입방정, 정방정, 사방정계, 능면체정, 육방정계 및 단사정계와 같은 다른 결정 시스템으로 분류하는 데 사용할 수 있습니다.

결정 격자 구조는 X선 결정학을 사용하여 시각화할 수 있으며, X선을 결정에 직접 조사하고 X선이 결정 격자와 상호 작용할 때 생성되는 회절 패턴을 관찰합니다.

회절 패턴을 분석함으로써 과학자들은 결정 격자에서 원자 또는 분자의 배열을 결정할 수 있습니다. 결정 격자는 재료 과학, 화학 및 생물학과 같은 다양한 분야에서 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.

그들은 반도체, 금속, 세라믹 및 특정 물리적 특성을 가진 기타 재료의 설계 및 제작과 단백질 및 DNA 구조 연구에 사용됩니다.