학문
말끔한할미새85
반도체 물리학에서 순수한 규소 결정에 삼가나 오가 불순물을 아주 미세하게 도핑하여 전자를 추가하거나 양공을 만들어내는 반도체 접합 원리는 무엇인가요?
반도체 물리학에서 순수한 규소 결정에 삼가나 오가 불순물을 아주 미세하게 도핑하여 전자를 추가하거나 양공을 만들어내는 반도체 접합 원리는 무엇인가요?
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
순수한 규소 결정에 3족이나 5족 불순물을 미세하게 주입하여 전기 전도성을 조절하는 핵심 원리는 도핑을 통한 불순물 반도체 제조 과정입니다. 4족 원소인 규소에 5족 원소를 도핑하면 잉여 전자가 남아서 n형 반도체가 되고, 3족 원소를 도핑하면 전자가 비어 양공이 생성되는 p형 반도체가 만들어집니다. 이렇게 성질이 다른 p형과 n형 반도체를 맞붙이는 p-n 접합 원리를 통해 전자와 양공의 확산 및 공핍층 형성이 일어나며 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 제어하는 정류 작용 등 다양한 반도체 소자의 근본적인 기능이 발현됩니다
채택 보상으로 442베리 받았어요.
채택된 답변안녕하세요.
순수한 규소에 불순물을 첨가하는 도핑은 전자의 수나 정공의 수를 조절해 전기 전도성을 높이는 원리예요.
5가 원소인 인이나 비소를 넣게 되면 남는 전자가 생겨 N형 반도체가 되고, 3가 원소인 붕소를 넣으면 전자가 부족한 양공이 생겨 P형 반도체가 되요. 이 두 반도체를 접합하면 전자와 양공이 확산하면서 접합부에 공핍층과 내부 전기장이 형성되죠.
이 전기장이 전류의 흐름을 한쪽 방향으로 쉽게 만들어 다이오드 같은 반도체 소자가 작동하게 되는 것이에요.
감사합니다.
안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
5가 도핑은 자유전자로 n형, 3가 도핑은 양공으로 p형을 만들고, p-n 접합의 공핍층,내부 전기장이 전류를 한 ㅂ아향으로만 흐르게 하는 정류 작용을 만들어낸답니다.
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
순수한 규소에 불순물을 아주 조금 넣어 전기적 성질을 바꾸는 공정을 도핑이라고 합니다.
규소는 최외각 전자가 4개인데, 여기에 인이나 비소 같은 5가 원소를 넣으면 남는 전자 1개가 자유전자처럼 움직이면서 n형 반도체가 됩니다. 반대로 붕소나 갈륨 같은 3가 원소를 넣게 되면 전자가 하나 부족한 자리인 정공이 생겨 p형 반도체가 되는 것입니다.
이렇게 만들어진 p형과 n형 반도체를 붙이면 경계면에서는 전자와 양공이 서로 이동하면서 공핍층과 내부 전기장이 형성되는데, 이 내부 전기장 때문에 전류가 한쪽 방향으로는 잘 흐르고 반대쪽 방향으로는 잘 흐르지 않는 정류 특성이 나타나는 것입니다.
반도체 접합의 핵심은 도핑으로 전자와 정공의 수를 조절하고, 두 영역의 경계에서 전하 이동을 제어하는데 있다고 보시면 되겠습니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
규소 원자는 바깥 전자가 4개라서 이웃한 규소 4개와 전자를 하나씩 나눠 가지며 단단하게 결합해요. 모든 전자가 결합에 묶여 있으니 자유롭게 움직일 전자가 거의 없고, 그래서 순수한 규소는 전기가 잘 통하지 않아요.
여기에 바깥 전자가 5개인 인 같은 오가 원소를 규소 원자 백만 개에 하나꼴로만 넣어도 상황이 달라져요. 4개는 결합에 쓰이고 남은 1개는 아주 약하게 붙어 있어서 상온에서도 쉽게 떨어져 나가 전류를 나르는데, 이런 반도체를 n형이라고 해요. 반대로 바깥 전자가 3개인 붕소 같은 삼가 원소를 넣으면 결합 하나에 전자가 비는 자리가 생겨요. 옆 전자가 그 자리를 채우면 빈자리가 옆으로 옮겨 가는데, 만원 버스에서 사람들이 한 칸씩 옮겨 앉으며 빈 좌석이 이동하는 것과 비슷해요. 이 빈자리를 양공이라 부르고 이런 반도체를 p형이라고 해요.
p형과 n형을 붙이면 경계에서 전자와 양공이 서로 건너가 만나 사라지고, 움직이지 못하는 이온만 남은 공핍층이 생겨요. 이 층에 생긴 내부 전기장이 전하의 이동을 막는데, p쪽에 +전압을 걸면 이 장벽이 낮아져 전류가 흐르고 반대로 걸면 장벽이 높아져 거의 흐르지 않아요 :)