일반화학 금속결정에 대해 질문이 있습니다

Question

일반화학 고체파트를 공부하다 질문거리가 생겨 이렇게 올립니다

1. 반도체 n형,p형 분류할 때 p형은 전자1개가 부족해서 hole이 생기고 n형은 전자1개가 남는다고 하잖아요. n형은 4A인 Si와 5A가 만나서 5A쪽에 전자가 1개 남고. 이 때 p형은 4A인 Si와 3A가 만나는데 이러면 4A인 Si에 홀전자 1개가 남잖아요.

즉 n형은 5A 원자에 전자 1개가 남고 p형은 4A원자에 전자 1개가 남는데, 왜 전자의 경우는 전자1개가 남는다고 하고 후자의 경우에는 hole이 생긴다고 하는 건가요??

오히려 반도체는 중심물질이 Si니까 Si가 가장 많으므로 'Si에 전자 1개가 남는 p형이 전자 1개가 남아야 하는 구조 아닌가?' 라고 생각했거든요

1. 단위세포 구성입자 개수 셀 때 입자가 단위세포 정중앙에 위치하지 않더라도 입자 1개가 단위세포 안에 완전하게 들어가 있으면 구성입자 개수는 1개로 치나요?

3.황화아연이랑 염화소듐이랑 단위세포를 비교 할 때 둘 다 면심입방 구조인데 hole의 종류가 다르잖아요.

황화아연은 사면체 hole이고 염화소듐은 팔면체 hole이고.

이렇게 단위세포의 구조가 같더라도 hole의 종류가 다를 수 있는 건가요? 그리고 그 이유도 궁금합니다.

저는 염화소듐 보면서 '황화아연처럼 면심입방이니까 같은 hole 종류인 사면체 hole이겠구나' 라고 생각했거든요

Answer 1

안녕하세요.

질문 1

반도체에서 n형과 p형의 구분은 도핑되는 원소의 전자 구성에 따라 결정됩니다. n형 반도체는 5가원소(인, 비소)가 실리콘 같은 4가 반도체에 도핑될 때 생성됩니다. 5가 원소는 4개의 전자를 실리콘과 공유하고, 남은 1개의 전자는 자유롭게 이동할 수 있어 전도성을 증가시킵니다. 이 추가 전자 때문에 n형이라고 부릅니다.
p형 반도체는 3가 원소(보론, 갈륨)가 도핑될 때 발생합니다. 3가 원소는 실리콘과 세 개의 전자를 공유하고, 네 번째 전자가 부족하여 '홀(전자의 부재로 인해 생기는 양전하)'이 생성됩니다. 이 홀은 주변의 전자가 채울 수 있는데, 이 이동 가능한 홀 덕분에 전기가 흐를 수 있습니다.
따라서, n형에서는 실제로 남는 전자가 전도성을 제공하며, p형에서는 전자가 부족하여 생기는 홀이 전도성을 제공합니다. 실리콘이 많다 하더라도, p형에서는 홀이 중요한 역할을 합니다.

질문2

단위세포 내에서 입자의 위치와 관계없이 입자가 단위세포 안에 완전히 들어가 있으면 그 입자의 개수는 1개로 칩니다. 단, 입자가 단위세포의 경계에 위치하는 경우(ex : 모서리, 면), 해당 입자는 인접한 단위세포와 공유됩니다. 예를 들어, 모서리에 위치한 입자는 8개의 단위세포에 의해 1/8씩 공유되므로 각 단위세포에서는 그 입자를 1/8로 계산합니다.

질문3

면심입방 구조에서의 hole 종류는 구성하는 이온 또는 원자의 배열과 크기에 따라 달라집니다. 황화아연(ZnS)에서는 황(S) 원자가 면심입방 배열을 이루고, 아연(Zn) 원자가 사면체 형태의 hole에 위치합니다. 반면, 염화나트륨(NaCl)에서는 나트륨(Na)과 염소(Cl) 원자가 교대로 면심입방 배열을 형성하며, 나트륨이 팔면체 구멍을 차지합니다. 이 차이는 원자 크기와 전하의 차이에서 기인합니다.
결국 같은 면심입방 구조라도, 구성하는 원소의 종류와 원자의 상대적인 크기에 따라 hole의 종류가 달라질 수 있습니다. 이는 각 원소가 구조 내에서 어떻게 배열되고 상호작용하는지에 따라 결정됩니다.