외인성 반도체
Extrinsic semiconductor외인성 반도체는 도핑된 반도체입니다.반도체 결정의 제조 과정에서 도핑제라고 불리는 미량 원소 또는 화학 물질이 결정체에 화학적으로 포함되어 있으며, 이는 내인성 반도체라고 불리는 순수 반도체 결정과는 다른 전기적 특성을 부여하기 위한 것입니다.외인성 반도체에서 결정 격자에 있는 이러한 외부 도판트 원자가 주로 결정을 통해 전류를 전달하는 전하 캐리어를 제공합니다.사용되는 도핑제는 두 가지 유형으로, 두 가지 유형의 외인성 반도체가 만들어집니다.전자공여 도판트는 결정체에 포함되어 있을 때 이동전도전자를 결정격자에 방출하는 원자이다.전자 공여 원자로 도핑된 외인성 반도체를 n형 반도체라고 하는데, 이는 결정의 전하 운반체 대부분이 음전자이기 때문입니다.전자수용체 도판트는 격자로부터 전자를 받아들이는 원자로, 양전하를 띤 입자처럼 결정을 통과할 수 있는 구멍이라고 불려야 할 빈 공간을 만든다.전자수용체 원자가 도핑된 외인성 반도체를 p형 반도체라고 하는데, 이는 결정의 전하 운반체 대부분이 양의 구멍이기 때문입니다.
도핑은 반도체가 나타낼 수 있는 매우 광범위한 전기 거동의 핵심이며, 외부 반도체는 다이오드, 트랜지스터, 집적회로, 반도체 레이저, LED, 광전지 같은 반도체 전자 장치를 만드는데 사용됩니다.포토 리소그래피와 같은 정교한 반도체 제작 공정은 동일한 반도체 결정 웨이퍼의 다른 영역에 서로 다른 도판트 소자를 삽입하여 웨이퍼 표면에 반도체 장치를 만들 수 있습니다.예를 들어 일반적인 유형의 트랜지스터인 n-p-n 바이폴라 트랜지스터는 두 개의 n형 반도체 영역을 가진 외인성 반도체 결정으로 구성되며, 각 부품에 금속 접점이 부착되어 있다.
반도체 전도
고체 물질은 원자에 부착되지 않고 자유롭게 이동할 수 있는 하전 입자, 전자를 포함하고 있을 때만 전류를 흐르게 할 수 있다.금속 전도체에서 전자를 제공하는 것은 금속 원자입니다. 일반적으로 각 금속 원자는 외부 궤도 전자 중 하나를 방출하여 결정 전체를 돌아다니며 전류를 흐를 수 있는 전도 전자가 됩니다.따라서 금속에 있는 전도 전자의 수는 원자의 수와 같으며, 매우 큰 수로, 금속을 좋은 전도체로 만듭니다.
금속과 달리, 벌크 반도체 결정을 구성하는 원자는 전도를 담당하는 전자를 제공하지 않습니다.반도체에서 전도는 이동 전하 캐리어, 전자 또는 홀에 의해 결정의 불순물 또는 도판트 원자에 의해 공급됩니다.외인성 반도체에서 결정 중의 도핑 원자의 농도는 주로 전하 운반체의 밀도를 결정하며, 전하 운반체의 밀도는 전기 전도율을 결정하며, 다른 많은 전기적 특성도 결정한다.이것은 반도체의 다재다능성의 열쇠입니다.도핑에 의해 반도체의 전도성은 여러 차례에 걸쳐 조작될 수 있습니다.
반도체 도핑
반도체 도핑은 내장 반도체를 외인성 반도체로 바꾸는 과정이다.도핑 중에 불순물 원자가 고유 반도체에 도입된다.불순물 원자는 고유 반도체의 원자와는 다른 원소의 원자이다.불순물 원자는 고유 반도체에 대한 공여체 또는 수용체 역할을 하여 반도체의 전자 및 홀 농도를 변화시킵니다.불순물 원자는 고유 반도체에 미치는 영향에 따라 공여체 또는 수용체 원자로 분류된다.
공여 불순물 원자는 고유 반도체 격자에서 대체되는 원자보다 더 많은 원자가 전자를 가지고 있다.공여 불순물은 여분의 원자가 전자를 반도체의 전도 대역에 "기증"하여 잉여 전자를 본래의 반도체에 공급합니다.과도한 전자는 반도체의 전자 캐리어 농도(n0)를 증가시켜 n형이 된다.
수용체 불순물 원자는 고유 반도체 격자에서 치환되는 원자보다 원자가 전자가 적다.그들은 반도체의 원자가 밴드로부터 전자를 "받아들인다".이로 인해 내장 반도체에 여분의 구멍이 생깁니다.과도한 구멍은 반도체의 홀 캐리어 농도(p0)를 증가시켜 p형 반도체를 형성한다.
반도체와 도판트 원자는 그것들이 속한 주기표의 기둥에 의해 정의된다.반도체의 기둥 정의는 원자가 전자의 수와 도판트 원자가 반도체의 공여체 또는 수용체 역할을 하는지 여부를 결정합니다.
IV족 반도체는 V족 원자를 공여체로, III족 원자를 수용체로 사용한다.
화합물 반도체인 III-V족 반도체는 VI족 원자를 공여체로, II족 원자를 수용체로 사용한다.III-V족 반도체는 IV족 원자를 공여체 또는 수용체로 사용할 수도 있다.반도체 격자에서 III족 원소를 IV족 원자가 치환하면 IV족 원자가 공여체 역할을 한다.반대로 IV족 원자가 V족 원소를 치환하면 IV족 원자가 수용체로서 기능한다.IV 원자는 공여체이자 수용체 역할을 할 수 있기 때문에 양성 불순물로 알려져 있습니다.
| 고유 반도체 | 도너 원자(n형 반도체) | 수용체 원자(p형 반도체) | |
|---|---|---|---|
| 4족 반도체 | 실리콘, 게르마늄 | 인, 비소, 안티몬 | 붕소, 알루미늄, 갈륨 |
| III-V족 반도체 | 인화알루미늄, 비화알루미늄, 비화갈륨, 질화갈륨 | 셀레늄, 텔루륨, 실리콘, 게르마늄 | 베릴륨, 아연, 카드뮴, 실리콘, 게르마늄 |
두 종류의 반도체는
N형 반도체
N형 반도체는 제조 중에 고유 반도체에 전자 공여 소자를 도핑하여 제조된다.n형이라는 용어는 전자의 음전하로부터 유래한다.n형 반도체에서는 전자가 다수 캐리어이고 홀이 소수 캐리어입니다.n형 실리콘의 일반적인 도판트는 인 또는 비소이다.n형 반도체는 페르미 레벨이 고유반도체보다 크고 원자가대보다 전도대역에 가깝다.
P형 반도체
P형 반도체는 제조 시 전자수용체 소자에 의해 고유 반도체를 도핑하여 제조된다.p-type이라는 용어는 홀의 양전하를 나타냅니다.n형 반도체와 달리 p형 반도체는 전자 농도보다 홀 농도가 크다.p형 반도체는 홀이 주요 캐리어이고 전자가 소수 캐리어입니다.실리콘의 일반적인 p형 도판트는 붕소 또는 갈륨이다.p형 반도체의 경우 페르미 수준은 고유 반도체보다 낮으며 전도 대역보다 원자가 대역에 가깝다.
외인성 반도체 사용
외인성 반도체는 많은 일반적인 전기 장치의 구성요소입니다.반도체 다이오드(한 방향으로만 전류를 허용하는 장치)는 서로 접합된 p형 및 n형 반도체로 구성된다.현재 대부분의 반도체 다이오드는 도핑된 실리콘이나 게르마늄을 사용한다.
트랜지스터(전류 전환을 가능하게 하는 장치)도 외인성 반도체를 사용합니다.전류를 증폭하는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)는 트랜지스터의 한 종류입니다.가장 일반적인 BJT는 NPN 및 PNP 유형입니다.NPN 트랜지스터는 p형 반도체를 사이에 두고 2층의 n형 반도체를 가진다.PNP 트랜지스터는 n형 반도체를 사이에 두고 있는 2층의 p형 반도체를 가지고 있다.
전계효과 트랜지스터(FET)는 외인성 반도체를 구현하여 전류를 증폭하는 또 다른 유형의 트랜지스터입니다.BJT와 달리 단일 반송파 유형(N 채널 또는 P 채널)의 작동을 수반하기 때문에 단극이라고 합니다.FET는 3단자 반도체인 정션게이트FET(JFET)와 4단자 반도체인 절연게이트FET(IGFET)의 2가지 패밀리로 나뉜다.
외인성 반도체를 구현하는 기타 장치:
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- Neamen, Donald A. (2003). Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles (3rd ed.). McGraw-Hill Higher Education. ISBN 0-07-232107-5.
