갈륨 비소: 반도체의 세계
반도체는 유기물 또는 무기물로 구성된 물질로, 화학 구조, 온도, 조명 및 도핑 물질의 존재에 따라 그 전도성을 제어할 수 있습니다. ‘반도체’라는 이름은 이 물질들이 구리, 금과 같은 금속과 유리와 같은 절연체 사이의 전기 전도도를 가지고 있기 때문에 붙여졌습니다. 반도체는 4eV 미만의 에너지 간격(약 1eV)을 가지고 있습니다. 고체 물리학에서 이 에너지 간격 또는 밴드 갭은 전자 상태가 금지된 곳으로, 전자들은 이 밴드 갭을 넘어가려면 에너지(예: 이온화 방사능)를 얻어야 합니다.
갈륨 비소의 특징
갈륨 비소(GaAs)는 전자기기의 다양한 응용 분야에서 사용되는 반도체 재료입니다. 실리콘보다 여러 면에서 우수한 특징을 가지고 있으며, 더 높은 전자 이동도, 더 높은 작동 주파수 및 방사선 손상에 대한 더 나은 저항력을 갖습니다. GaAs의 결정 구조는 실리콘과 유사하지만, 원자 간의 결합이 더 강하여 더 내구성 있는 재료로 만들어집니다. 또한 GaAs는 직접 밴드갭 재료로, 전기 에너지를 빛 에너지로 효율적으로 변환할 수 있어 LED와 레이저 다이오드와 같은 광전자 장치에 이상적입니다. 고속 전자 장치, 마이크로파 트랜지스터 및 고주파 집적 회로에서 높은 전자 이동도 때문에 자주 사용됩니다. 또한 높은 흡수 계수를 가지고 있어 태양 전지 및 기타 광전지 장치에 사용됩니다.
반도체의 종류
반도체는 그들의 전자적 성질에 따라 두 가지 기본 유형으로 분류됩니다:
내재 반도체: 단일 원소(예: 실리콘, 게르마늄)로 이루어진 순수한 반도체로, 고의적으로 불순물로 도핑되지 않았습니다. 이들은 가열될 때 전기를 전도하며, 일부 전자들은 그들의 결합에서 벗어나 전도대에 자유 전자가 됩니다.
외재 반도체: 전자적 특성을 변경하기 위해 고의적으로 불순물로 도핑된 불순한 반도체입니다. 외재 반도체는 다시 두 가지 유형으로 분류됩니다:
p형 반도체: p형 반도체에서는 붕소와 같은 불순물 원자가 반도체 재료에 도입됩니다. 이 불순물은 반도체 재료보다 적은 수의 원자가 전자를 가지며, 이로 인해 원자가 밴드에서 “홀”(전자의 부재)이 생성됩니다.
n형 반도체: n형 반도체에서는 인과 같은 불순물 원자가 반도체 재료에 도입됩니다. 이 불순물은 반도체 재료보다 더 많은 원자가 전자를 가지며, 이로 인해 전도대에 과잉 전자가 생성됩니다.
주요 반도체의 특성
다음은 3가지 내재 반도체와 2가지 p형 및 n형 반도체의 4가지 주요 특성을 나타낸 표입니다:
반도체 유형 밴드 갭(eV) 전자 이동도(cm²/Vs) 홀 이동도(cm²/Vs) 열전도도(W/mK)
실리콘(Si) 내재 1.12 1500 450 150
게르마늄(Ge) 내재 0.67 3900 1900 60
갈륨 비소(GaAs) 내재 1.43 8500 400 46
붕소 도핑 실리콘(p-Si) p형 1.12 1500 1800 150
인 도핑 실리콘(n-Si) n형 1.12 1500 4500 150
알루미늄 도핑 갈륨 비소(p-GaAs) p형 1.43 8500 200 46
실리콘 도핑 갈륨 비소(n-GaAs) n형 1.43 8500 800 46
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