일반화학 금속결정에 대한 개념 질문!
질문이 여러개 있어서 나눠서 하겠습니다
질문1
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
안녕하세요.
반도체에서 n형과 p형 도핑의 개념을 이해하기 위해서는 반도체 내에서 전자와 정공(hole)의 역할을 명확히 파악하는 것이 중요합니다. n형과 p형 반도체는 각각의 도핑 방식에 따라 전자 또는 정공이 주요 전하 운반자로 작용하는 방식이 다릅니다.
n형 반도체에서는 주로 5A 그룹 원소[ex : 인(P), 비소(As)]가 4A 그룹 원소인 실리콘(Si)과 결합할 때 추가되는 도핑 과정을 거칩니다. 5A 그룹 원소는 실리콘 원자보다 한 개의 전자가 더 많습니다. 따라서 이 추가된 전자는 실리콘 격자 내에서 자유롭게 움직일 수 있으며, 이로 인해 전기전도성이 증가합니다. n형 반도체에서는 이 추가 전자가 전도성을 높이는 주된 요소로 작용합니다.
p형 반도체는 3A 그룹 원소 [ex : 보론(B), 갈륨(Ga)]를 실리콘과 결합시켜 도핑하는 경우입니다. 3A 그룹 원소는 실리콘 원자보다 한 개의 전자가 적습니다. 이 경우, 실리콘 격자에서는 전자가 부족한 상태가 되며, 이 부족한 전자 자리, 즉 '홀'이 생성됩니다. 이 홀은 인근의 전자가 이동하여 채울 수 있는 '가상의 양전하'로 작용하며, 이동하는 전자마다 새로운 홀이 생성되어 전기적 전도가 이루어집니다.
n형 반도체에서 말하는 '전자가 남는다'는 표현은 실제로 추가된 전자가 자유 전자로서 전도성에 기여한다는 의미입니다. 반면, p형 반도체에서 '홀이 생긴다'는 표현은 전자가 부족하여 생성된 가상의 양전하가 전도성에 기여한다는 의미입니다. 홀은 전자가 한 위치에서 다른 위치로 이동할 때마다 새로운 위치에 생성되는 것이기 때문에, 이를 전자가 '남는다'고 표현하지 않습니다.
실리콘 자체에 대한 도핑 효과를 이해할 때, 실리콘은 기본적으로 중성이지만 도핑된 원소에 따라 전자 또는 홀이 발생하는 방식이 달라집니다. 따라서 p형에서는 실리콘 원자 자체에 홀이 생기는 것이 아니라, 도핑된 3A 그룹 원소로 인해 전체적으로 전자가 부족해져 홀이 생성되는 것입니다.