반도체의 유형
반도체는 일반적으로 무기 또는 유기 재료로, 화학 구조, 온도, 조명 및 도핑제의 존재에 따라 전도성을 제어할 수 있습니다. 반도체라는 이름은 이 재료들이 구리, 금 등의 금속과 유리와 같은 절연체 사이의 전기 전도성을 가지고 있기 때문에 붙여졌습니다. 이들은 4eV 미만(약 1eV)의 에너지 갭을 가지고 있습니다. 고체물리학에서 이 에너지 갭 또는 밴드 갭은 전자 상태가 금지된 밸런스 밴드와 전도 밴드 사이의 에너지 범위입니다. 전도체와 달리, 반도체의 전자는 밴드 갭을 넘어 전도 밴드에 도달하기 위해 에너지(예: 이온화 방사능으로부터)를 얻어야 합니다. 반도체의 특성은 밸런스 밴드와 전도 밴드 사이의 에너지 갭에 의해 결정됩니다.
반도체의 분류
반도체는 전자적 특성에 기초하여 두 가지 기본 유형으로 분류될 수 있습니다:
순수 반도체: 이러한 반도체는 단일 원소(예: 실리콘, 게르마늄)로 만들어지며, 의도적인 도핑이 없습니다. 순수 반도체는 밸런스 밴드와 전도 밴드에 특정 수의 전자를 가지고 있으며, 가열될 때 일부 전자가 충분한 에너지를 얻어 결합에서 벗어나 전도 밴드에서 자유 전자가 됩니다.
불순물 반도체: 이러한 반도체는 전자적 특성을 변경하기 위해 의도적으로 불순물로 도핑됩니다. 불순물 반도체는 더 나누어질 수 있습니다:
p형 반도체: p형 반도체에서는 붕소와 같은 불순물 원자가 반도체 재료에 도입됩니다. 이 불순물들은 반도체 재료보다 적은 수의 가전자를 가지고 있어, 밸런스 밴드에서 전자의 부재인 “홀”이 생성됩니다. 이 홀들은 양전하 운반체처럼 전류를 전도할 수 있어, 재료에 p형 지정을 줍니다.
n형 반도체: n형 반도체에서는 인과 같은 불순물 원자가 반도체 재료에 도입됩니다. 이 불순물들은 반도체 재료보다 많은 수의 가전자를 가지고 있어, 전도 밴드에 과잉 전자를 생성합니다. 이 과잉 전자들은 음전하 운반체처럼 전류를 전도할 수 있어, 재료에 n형 지정을 줍니다.
반도체 재료
자연에서 발견되거나 실험실에서 합성된 많은 유형의 반도체가 있지만, 가장 잘 알려진 것은 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge)입니다. 실리콘은 원자 번호 14로, 원자 구조에 14개의 양성자와 전자가 있습니다. 실리콘은 파란 회색 금속 광택을 가진 단단하고 취성이 있는 결정질 고체이며, 네 개의 가지를 가진 금속류 및 반도체입니다. 게르마늄은 원자 번호 32로, 원자 구조에 32개의 양성자와 전자가 있습니다. 게르마늄은 탄소 그룹의 광택이 나고 단단한 회백색 금속류로, 그룹 이웃인 주석 및 실리콘과 화학적으로 유사합니다. 순수한 게르마늄은 원소 실리콘과 유사한 외관을 가진 반도체입니다.
다이아몬드는 탄소 원소의 고체 형태로, 원자가 다이아몬드 큐빅 구조로 배열됩니다. 다이아몬드는 또한 매우 우수한 전기 절연체로, 전기 장치에 유용하고 문제가 될 수 있습니다. 다이아몬드는 에너지 갭(Egap= 5.47 eV)이 넓은 반도체로, 많은 장치에서 전자 장치 재료로서의 높은 잠재력을 가지고 있습니다.
