● 운반자 농도
- 반도체에 도핑을 하면 도핑 농도에 따라 다수 운반자의 농도가 고유 운반자 농도보다 증가하게 됩니다.
- 다수 운반자의 농도는 사실상 도핑 농도에 따라 결정되기 때문에 소수 운반자의 농도도 도핑 농도에 의해 영향을 받는다는 것을 쉽게 알 수 있습니다.
- 도핑된 반도체의 다수 운반자 농도와 소수 운반자 농도를 곱하면 고유 운반자 농도의 제곱이 되는 것은 변하지 않습니다.
● P-N 접합
- 반도체에 P형과 N형 도펀트를 인접하게 도핑하면 PN 접합을 만들 수 있습니다.
- P형으로 도핑된 부분에 +바이어스 전압을 걸어주면 P형 반도체의 다수 운반자(양공)가 접합면 쪽으로 밀려갑니다.
- 양공 구름과 전자구름이 만나면, 전자가 그 구멍(양공)으로 들어가서 움직이지 않는 공유결합을 이루고 바이어스 전압이 반대로 걸리면, 양공과 전자는 접합면으로부터 서로 밀어냅니다.
- N형 반도체의 다수 운반자도 접합면 쪽으로 끌려가고 집합면에는 운반자가 많아져서 접합면이 도체 같은 성질을 띠게 되고 접합면에 걸려있는 전압 때문에 전류가 흐릅니다.
- P-N접합은 전류가 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 다이오드라는 소자의 원리이고 비슷한 원리로 세 번째 반도체 영역은 N형이나 P형으로 도핑해서 단자가 3개 있는 소자를 만들 수 있습니다.
- 접합면에서는 새로운 전자/양공 쌍이 잘 생기지 않기 때문에, 접합면 주위에 있던 운반자는 모두 쓸려가 버리면서 접합면 주위에 운반자가 거의 없는 공핍 영역이 됩니다.
● 순도와 무결성
- 반도체가 예측 가능하고 믿을 만한 전기적 특성을 띠도록 대량 생산하는 것은 어려운 일입니다.
- 화학적 순도가 높고 결정 구조가 완벽해야 하기 때문이고 아주 작은 불순물에 의해서 반도체의 성질이 매우 크게 변하기 때문에 대단히 높은 화학적 순도가 필요합니다.
- 높은 화학적 순도를 달성하기 위해서 사용되는 방법 중에 구역 정제이 있고 고체 결정이 녹을 때 사용합니다.
- 결정이 커질수록 이에 필요한 순도와 무결성을 달성하기 힘들어지고 대량 생산에서 사용하는 결정은 지름이 4 ~ 12인치인 기둥을 얇게 잘라내서 웨이퍼로 만든 것입니다.
● 양공- 양공 또는 정공은 반도체에 대하여 원자가 띠의 전자가 부족한 상태인 준입자입니다.
- 양공은 이 전자의 부족으로부터 생기는 구멍입니다.
- 빛이나 열로써 원자가 띠가 전도 띠 측에 전이되어서 원자가 띠의 전자가 부족한 상태가 됩니다.
● 양공(성질)
- 반도체 결정에서는 주위의 원자가 띠가 순서대로 양공이 떨어져서 새로운 정공이 생깁니다.
- 주위의 원자가 띠가 아니고 전도 전자와 원자가 띠 사이의 에너지 준위 차이로 인하여 큰 에너지를 열이나 빛으로 방출해 전류의 캐리어의 존재는 소멸하게 되고 이것을 캐리어의 재결합이라고 부릅니다.
- 일반적으로 양공의 드리프트 이동도는 자유 전자보다 작은 실리콘 결정 중에는 전자 1/3 정도 되고 이로써 결정되는 드리프트 속도는 각각의 전자나 양공이 가지는 속도가 아니고 평균적인 속도인 것에 주의할 필요가 있습니다.
- 양공은 자유전자와 비슷하게 전하를 옮기는 캐리어로 행동할 수 있고 양공에 의한 전기 전도성을 P형이라고 합니다.
- 반도체에 억셉터를 도핑하면 원자가 띠가 열 에너지에 의해서 억셉터 준위에 천이되어서 양공의 농도가 높은 반도체를 P령 반도체라고 부릅니다.
- 이동도가 매우 중요한 반도체 소자에서는 결정의 일그러짐을 도입하여 원자가 띠 정상의 축퇴를 품는 동시에 양자 준위를 바꿔서 가벼운 전공을 주로 이용해 포논 산란이나 캐리어의 실제 유효 질량의 감소를 도모하는 경우가 있습니다.
- 원자가 띠의 맨 위에는 E-k 공간상에서 형상이 다른 복수의 밴드가 축퇴되고 여기에 대응해서 양공의 밴드도 유효 질량이 다른 가벼운 양공과 무거운 양공의 밴드로 나뉩니다.
● 질화물 반도체
- 1990년대 니치아 화학의 나카무라 슈우지에 의하여 GaN을 이용한 파란색 발광 다이오드가 제작되었고 질화 물품이라고 말해지는 사태가 발생되었습니다.
- 2004년 질화물 반도체는 매우 활발하게 연구되고 있고 일본 응용물리학회, 한국 물리학회에서 질화물 반도체의 세션은 다른 부분에 비해서 큰 비중을 차지합니다.
- 기존의 반도체에 비해 띠 틈이 큰 와이드캡 반도체이며 또한 갈륨, 인듐, 알루미늄의 농도를 변화시켜서 띠 틈을 크게 변화시킬 수 있습니다.
- 가시광선 영역의 거의 대부분을 커버할 수 있어 발광재료로 유망 시 되고 있습니다.
● 비결정 반도체
- 비결정 상태의 반도체는 아모퍼스 반도체라고 불리기도 합니다.
- 결정 상태의 반도체와 비교해서 여러 가지 물성이 크게 다른 것을 사용하며 수광소자에 응용되고 있습니다.
- 결정 상태 반도체에 대하여 일반적으로 원자가 발생시키는 주기적 에너지에 의하여 전자의 에너지 준위가 띠 구조를 취해서 원자가 띠, 전도 띠 및 띠 틈의 구별을 명확하게 형성합니다.
-단거리적인 질서는 어느 정도 유지되므로 원자가 띠나 전도 띠는 존재 한다고 생각해도 괜찮지만 국재를 위해서 원자가 띠의 위나 전도 띠의 아래에 이동도가 작은 준위가 생깁니다.
- 결정의 랜덤에 의하여 전자가 포논을 개좌도에 천이할 확률이 증가해서 광흡수 계수가 상승하는 광학적 특성상의 변화도 일으킵니다.
- 비결정 반도체에서 원자배열이 랜덤 하기 위해서 띠가 확실하지 않게 되고 결정 상태에서 경정 전체에 펼치지는 파동 관수가 공간적으로 국재를 발생시켜 전도특성에 여러 가지 영향을 미칩니다.
- 결정 전체에 펼쳐지는 파동 관수가 공간적으로 국재를 발생시켜 전도특성에 여러 가지 영향을 미칩니다.