반도체 장치 및 반도체의 개요
반도체는 유기물이나 무기물로 구성된 재료로, 화학적 구조, 온도, 조명 및 도핑 물질의 존재에 따라 그 전도성을 조절할 수 있습니다. 이러한 재료는 구리, 금과 같은 금속과 유리와 같은 절연체 사이의 전기 전도도를 가지고 있기 때문에 반도체라는 이름이 붙었습니다. 이들은 4eV 미만의 에너지 간격(약 1eV)을 가지고 있으며, 고체 물리학에서 이 에너지 간격 또는 밴드 갭은 전자 상태가 허용되지 않는 가전자대와 전도대 사이의 에너지 범위입니다. 전도체와는 대조적으로, 반도체의 전자들은 밴드 갭을 넘어 전도대에 도달하기 위해 에너지(예: 이온화 방사능)를 얻어야 합니다. 반도체의 특성은 가전자대와 전도대 사이의 에너지 간격에 의해 결정됩니다.
반도체 장치
반도체 장치는 실리콘과 같은 반도체 재료로 만들어진 전자 부품입니다. 이 장치들은 전도체(전기가 쉽게 흐를 수 있음)와 절연체(전기가 흐르는 것을 차단함)의 전기적 특성 사이에 있습니다. 다음은 일반적인 반도체 장치의 예입니다:
- 다이오드: 다이오드는 전류가 단방향으로만 흐를 수 있게 하는 두 단자 전자 장치입니다. 과잉의 구멍을 가진 p형 반도체와 과잉의 전자를 가진 n형 반도체를 결합하여 만듭니다.
- 트랜지스터: 트랜지스터는 전자 신호를 증폭하거나 전환할 수 있는 세 단자 전자 장치입니다. n형 층, p형 층, 그리고 또 다른 n형 층(NPN 트랜지스터용) 또는 p형 층(PNP 트랜지스터용)을 결합하여 만듭니다.
- 집적 회로: 집적 회로(IC)는 다이오드, 트랜지스터, 저항기 등 여러 반도체 장치를 실리콘 한 조각 위에 결합한 미니어처 전자 회로입니다. IC는 컴퓨터, 스마트폰부터 자동차, 의료 장비에 이르기까지 다양한 전자 장치에 사용됩니다.
- 태양 전지: 태양 전지는 햇빛을 전기로 변환하는 반도체 장치입니다. 실리콘 웨이퍼를 불순물로 도핑하여 p형 및 n형 영역을 생성함으로써 내부 전기장을 만들고, 전자와 구멍을 분리하여 전압을 생성합니다.
- 발광 다이오드(LED): LED는 전류가 흐를 때 빛을 방출하는 반도체 장치입니다. 불순물로 반도체 재료를 도핑하여 p-n 접합을 만들고, 전기 전류가 통과할 때 빛을 방출합니다.
반도체의 종류
반도체는 전자적 특성에 따라 두 가지 기본 유형으로 분류될 수 있습니다:
- 내재 반도체: 이들은 단일 요소(예: 실리콘, 게르마늄)로 만들어진 순수한 반도체로, 의도적으로 불순물로 도핑되지 않았습니다. 내재 반도체는 가전자대와 전도대에 특정 수의 전자를 가지고 있으며, 가열될 때 일부 전자가 충분한 에너지를 얻어 결합에서 벗어나 전도대에서 자유 전자가 됩니다.
- 외재 반도체: 이들은 전자적 특성을 변경하기 위해 의도적으로 불순물로 도핑된 불순 반도체입니다. 외재 반도체는 두 가지 유형으로 더 세분화될 수 있습니다:
- p형 반도체: p형 반도체에서는 붕소와 같은 불순물 원자가 반도체 재료에 도입됩니다. 이 불순물은 반도체 재료보다 적은 원자가 전자를 가지므로 가전자대에서 “구멍”(전자의 부재)이 생성됩니다. 이 구멍들은 양전하 운반체처럼 전류를 전도할 수 있어 재료에 p형 지정을 받습니다.
- n형 반도체: n형 반도체에서는 인과 같은 불순물 원자가 반도체 재료에 도입됩니다. 이 불순물은 반도체 재료보다 많은 원자가 전자를 가지므로 전도대에서 과잉 전자가 생성됩니다. 이 과잉 전자들은 음전하 운반체처럼 전류를 전도할 수 있어 재료에 n형 지정을 받습니다.
