반도체 이론 개요
반도체는 기본적으로 무기 또는 유기 재료로서, 화학 구조, 온도, 조명 및 도핑제의 존재에 따라 그들의 전도성을 조절할 수 있습니다. 이 재료들은 전기 전도도가 구리, 금과 같은 금속과 유리와 같은 절연체 사이에 위치하므로 ‘반도체’라는 이름이 붙여졌습니다. 이들은 4eV 미만(약 1eV)의 에너지 간격을 가지고 있으며, 이는 고체 물리학에서 전자 상태가 금지된 에너지 범위인 밸런스 밴드와 전도 밴드 사이의 에너지 간격, 즉 밴드 갭으로 알려져 있습니다.
반도체의 전자 및 구멍 이론
반도체 이론은 결정 격자 구조 내의 전자와 구멍의 행동에 기초를 두고 있습니다. 이 이론은 전자 밴드 구조로 알려져 있으며, 고체 내에서 전자가 가질 수 있는 에너지 수준의 범위와 가질 수 없는 에너지 범위(밴드 갭 또는 금지 밴드라고 함)를 설명합니다. 반도체에는 전자로 완전히 채워진 가장 높은 에너지 밴드인 밸런스 밴드와 비어 있거나 부분적으로만 전자가 채워진 다음 높은 에너지 밴드인 전도 밴드가 있습니다. 밸런스 밴드와 전도 밴드 사이의 에너지 간격을 밴드 갭이라고 합니다.
반도체의 전하 운반체 동작
절대 영도에서 반도체의 모든 전자는 밸런스 밴드에 있고 전도 밴드에는 자유 전자가 없습니다. 그러나 상온이나 그 이상에서, 밸런스 밴드의 일부 전자는 열 에너지 또는 빛이나 전기장과 같은 외부 에너지원에 의해 활성화되어 전도 밴드로 이동하며, 밸런스 밴드에 구멍을 남깁니다. 이러한 자유 전자와 구멍의 움직임은 반도체의 결정 격자 구조에서 양자역학의 법칙에 의해 설명될 수 있습니다.
본질적 및 첨가적 반도체
본질적 반도체는 자유 전자와 구멍의 수가 완벽하게 균형을 이루고 있으며, 그 전도성은 자유 전자와 구멍의 본질적 농도에 의해 결정되며, 이는 온도가 상승함에 따라 지수적으로 증가합니다. 반면에, 불순물로 도핑된 첨가적 반도체는 훨씬 더 높은 농도의 자유 전자나 구멍을 가지고 있어 그 전도성이 크게 증가하며, 이로 인해 전자 장치에 유용하게 사용됩니다.
