순수 반도체(내재 반도체)와 불순물이 첨가된 반도체(외재 반도체)의 차이는 무엇인가요?

Question

안녕하세요. 14족 원소로만 이루어진 원소 반도체가 존재한다고 하던데, 순수 반도체(내재 반도체)와 불순물이 첨가된 반도체(외재 반도체)의 차이는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn)과 같은 14족 원소 반도체는 전자가 네 개라서 서로 공유 결합을 통해 결정 구조를 이루고, 특별한 불순물이 없는 경우에는 순수 반도체라고 부르는데요, 여기에 의도적으로 불순물을 첨가하면 불순물 반도체가 되며, 이 두 경우는 전하 운반자의 생성 원리와 전도도에서 큰 차이가 있습니다.

순수 반도체는 오직 14족 원소로만 이루어지는데요, 절대온도 0 K에서는 모든 전자가 원자가띠에 가득 차 있어 전류가 흐르지 않지만, 온도가 올라가면 일부 전자가 열에너지를 받아 전도띠로 올라가고, 그 자리에 정공이 생깁니다. 반면에 불순물 반도체는 기본적인 14족 반도체에 13족 원소(B, Al, Ga 등) 또는 15족 원소(P, As, Sb 등) 같은 불순물을 아주 소량 첨가(도핑)한 것인데요, 불순물이 제공하는 에너지 준위가 원래 밴드갭 사이에 형성됩니다. 이때 15족 불순물은 전자를 하나 더 제공하여 n형 반도체를 형성하며, 13족 불순물은 전자가 하나 부족하기 때문에 정공이 생성되어 p형 반도체가 형성되는 것입니다. 감사합니다.