반도체 기초3. 반도체에서 intrinsic vs extrinsic

반도체는 전기를 통해 전류를 제어할 수 있는 물질로, 전자의 동작에 기반한 전자 공학의 핵심 소재입니다. 반도체 소재는 크게 두 가지 유형으로 나뉩니다: intrinsic semiconductor과 extrinsic semiconductor입니다.

 

우선 intrinsic semiconductor는 간단하게 말씀드린다면 자연상태 그대로의 반도체를 말합니다. 자연생성물 자체에서 있는 결함이죠. 그 결함이 전기 전도를 가능하게 합니다. 여기서 intrinsic은 전자와 양공(hole)의 개수가 동일합니다. 실제 산업현장에서는 쓰지않고 전기적인 작동은 온도의 영향을 가장 크게 받습니다.

 

그 다음 extrinsic은 ex에서 볼 수 있듯이 외부에서 가한 hole이나 전자의 개수가 더 많은 반도체를 의미합니다. 주로 4가의 Si wafer에 5족이나 3족원소를 넣어 hole의 개수를 많게 하거나 전자의 개수가 더 많게 만들어 전기 전도의 효율을 올린 상태를 말합니다.

아주아주 대략적인 intrinsic과 extrinsic 반도체를 보여주는 그림

여기서 5족 원소를 첨가하면 N형 반도체라고 불리고 3족을 넣으면 P형 반도체라고 부릅니다. 

N형 반도체는 5족의 원소를 넣어 만드는데 5족 원소는 최외각 전자 5개를 가지고 있음을 의미합니다. 이 5족은 넣으면 4가인 Si은 전자 한개를 더 받아 자유전자가 늘어나게되고 이 늘어난 자유전자가 전기를 흐르게 도와주는 역할을 합니다.

 

P형은 3족의 원소를 넣고 주로 +5이기 때문에 Si이랑 만나면 hole을 하나 만들어냅니다. 이 정공이 이동하면서 전기를 잘 흐르게 도와주는 역할을 합니다. 이것은 P형 반도체라고 합니다. 여기서 어떻게 hole이 움직이나요? 라고 물어볼 수 있는데 실제로는 정공이 흐르는것이 아니고 전자가 빈 정공을 채우면 전자가 있던 자리가 정공이 되니까 이 자체가 정공이 움직이는 것으로 보이는겁니다. 즉 실제로는 전자가 흘러서 만드는것은 동일한것이지만 매커니즘 자체가 다르기 때문에 n형과 p형으로 나뉩니다.

 

그럼 오늘도 감사합니다!

반도체 기초 4. Energy band gap이론과 부도체,반도체,도체