또는
띠,band 간격에 따라
(어떤게 더 정확?)
전도대conduction_band와 가전자대valence_band 사이 띠 틈이
없으면 (i.e. 전도대와 가전자대가 겹치면) (금지대forbidden_band가 없음) - 도체
금지대가 ≒ 1eV 정도이면 - 반도체
금지대가 > 5eV 정도이면 - 부도체 .... CHK
비저항으로 물질을 분류 | 비저항 값 (단위 Ω cm) | 물질 분류 | 전도도로 물질을 분류 |
low resistivity | 10-5 ~ 10-6 정도 | conductor | high conductivity |
high resistivity | 1014 ~ 1018 정도 | insulator | low conductivity |
intermediate resistivity | 10-3 ~ 103 정도 | semiconductor | intermediate conductivity |
Semiconductor materials:
Elemental: Si, Ge, C 등
Compound: GaAs, SiGe, CdSe 등
Alloy: SixGe1-x 등
많이 언급되는 물질은 4족 원소와 3/5족 화합물.
원소: Si, Ge
화합물: GaAs, InP
광 관련(LED, laser)등에는 화합물 반도체가 쓰인다.
(via
김명식(http://kocw.net/home/cview.do?cid=d9a8ec23184bab7b) 1. 3:30)
Si : 낮은 이동도
Ge : 온도에 민감
GaAs : 높은 이동도, 고속의 고주파회로에 사용
Silicon
Si, 원자번호 14, 특히 최외각전자 4개가 중요, 3s 3p 오비탈.
Si crystal structure에서 각 Si 원자는 4개의 가장 가까운 이웃을 가짐.
diamond cubic lattice의 한 변의 길이 즉 lattice constant = 0.543 nm
Si 원자에 Ga, As 등이 들어간 그림과 III-V compound semiconductor는
zincblende구조를 가진다는 것을 언급.
//
규소,silicon
Si의 경우 104 Ω cm 정도로 약간 높은 편이다. 하지만 이것에 불순물을 주입하여 resistivity값을 백만배 정도 스케일로 조절할 수 있다.
Si에는 charge carrier(
전하,electric_charge 캐리어,carrier)가 두 종류가 있다.
전류나 저항 값을 제어하는 방법은
순수한 Si 결정에서 전자가 하나 빠져 나오면 반드시 hole도 같이 발생한다. 그래서 EHP(electron-hole pair)란 말을 쓴다.
1 cm
3 당 들어 있는 conduction electron의 개수는 약 100억개. 이 값을
로 쓴다. i의 뜻은 intrinsic(순수한, pure, 진성의)이다. 온도 300 K 정도에서,
: number of electrons/cm
3
: number of holes/cm
3
: intrinsic carrier concentration
그림 x 축에서 isolated Si atoms는, 두 Si 원자 사이의 거리가 충분히 길 때, 상호 작용이 없음을 뜻함. p, s는 3p, 3s를 뜻함.
두 Si의 간격을 좁혀가면 오른쪽으로 가면서, 다양한
에너지준위,energy_level(=energy state)들이 생겨남. 그리고 가능하지 않은 energy state가 중간에 생겨난다. (오른쪽으로 가면서 갈라진 부분.)
비슷한 energy level이 모여 있는 것을
띠,band라고 한다. 그리고 그림에서 x축이 Si lattice spacing일 때, (Si 원자가 충분히 가까워졌을 때,) 아래쪽 band를 valence band라고 하고 위쪽 band를 conduction band라고 한다.
Energy band diagram. y축을 전자 에너지로 할 때, conduction band에서 가장 낮은 에너지(Ec)를 위쪽 선으로, valence band에서 가장 높은 에너지(Ev)를 아래쪽 선으로 그리는 경우가 많다. (모든 state를 다 그리는 것은 번거롭기 때문에.) 그리고 이 둘의 차이를 band gap이라고 한다. Si의 경우 이 값은 1.12 eV = 1.6×10-19 J 정도.
용어 ¶
공핍(depletion) : 영어사전 의미는 "고갈, 소모", 유의어 exhaustion
공핍층, 공핍 영역(depletion region) depletion_region
{
캐리어,carrier가 없다는 뜻
둘 다 silicon crystal속에 소수의(Si 원자 수에 비하면 매우 적은) 불순물을 첨가함.
donors/cm
3 15P(
인,phosphorus), 즉 n-type dopant(donor, 전자
주개,donor 역할) 첨가하면 n-type_semiconductor 이 됨.
acceptors/cm
3 5B(
붕소,boron), 즉 p-type dopant(acceptor, 전자
받개,acceptor 역할) 첨가하면 p-type_semiconductor 이 됨.
원자가전자 4개인 Si, Ge 같은 것에
p형 반도체: 원자가전자 3개인 Al(알루미늄), B(
붕소,boron), In(
인듐,indium) 등을 첨가
n형 반도체: 원자가전자 5개인 P(인), As(비소), Sb(안티모니) 등을 첨가
원자가,valence가
p형반도체는 3가,
n형반도체는 5가,
p-형 반도체 p-type_semiconductor
n-형 반도체(n-type_semiconductor)
p형 반도체: hole 농도가 electron 농도보다 매우 높다. (양공이 majority carrier, 전자가 minority carrier)
n형 반도체: electron 농도가 hole 농도보다 매우 높다. (전자가 majority carrier, 양공이 minority carrier)
tmp , CHK and mv ¶
반도체 재료로 분류할 수 있는 물질의
비저항,resistivity 값의 대략적인 범위:
10-3 to 103 Ω cm
결정질 Si의 band gap energy : 1.12 eV
SiO2는 Si에 비해 9배 정도의 band gap energy를 가짐
| 최외각전자(see 전자,electron) | |
Si | 4개 | |
acceptor | 3개 | P형 |
donor | 5개 | N형 |
??
최외각 전자가 3개인 불순물 | acceptor | P형 반도체 |
최외각 전자가 5개인 불순물 | donor | N형 반도체 |
proton acceptor/donor??
용어 ¶
TODO 용어 정리할 것... mostly from naver 전기용어사전=전용사. 좀 옛날 용어를 쓰는 듯. TMP. CLEANUP. Compiled at 2020-10-22
{
양공,hole
양공 positive hole 정공 hole
양의
전하,electric_charge같은 가상의 입자.
전자,electron의 빈 자리.
물리학백과 양공(https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3537126&cid=60217&categoryId=60217)
전용사 정공(https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=753166&cid=42341&categoryId=42341)
캐리어 carrier //.. mv to
캐리어,carrier?
전하를 운반하는 것??
n형반도체의 전도전자, p형반도체의 정공 처럼.
src 전용사(https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=748950&cid=42341&categoryId=42341)
Sub: excess_carrier 과잉 캐리어 excess carrier
depletion_layer
공핍층 depletion layer
캐리어(전자 or 정공)이 존재하지 않는 영역
pn접합,p-n_junction 판도체의 정상상태의 접합면 같이.
AKA 장벽층 barrier layer
src 전용사(https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=750493&cid=42341&categoryId=42341)
see also
전용사: 터널 효과(https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=760581&ref=y&cid=42341&categoryId=42341)
진성반도체 = 순수한 물질로 이루어진 반도체
진성반도체,intrinsic_semiconductor
진성: intrinsic
진성반도체는 그 자체로는 별 쓸모가 없고, 소량의 불순물(dopant) - 3족 원소나 5족 원소 - 를 첨가해 각각 p형과 n형을 만들면 적은 에너지로도 전류가 흐르는 물질을 만들 수 있음
진성반도체의
자유전자,free_electron의 전자농도/전자밀도는 (rel.
전자,electron 밀도,density 농도,concentration)
온도,temperature에 관계되며 식은 이렇게 생겼다.
ni = 5.2×1015 T3/2 exp((−Eg)/(2kT)) electrons/cm3
온도에 따른 예를 들면
ni(T=300K) = 1.08×1010 electrons/cm3
ni(T=600K) = 1.54×1015 electrons/cm3
(뻔한 사실 remind:) 전자는 원래 원자에 속박되어 있는데 가전자대(=가전자띠=
원자가띠,valence_band)에 있는 전자가
띠틈에너지,bandgap_energy(이상?)를 받아
전도띠,conduction_band로 올라가기 위해서는 즉
자유전자,free_electron가 되기 위해서는 에너지를 받아야 하는데 그 중 하나가 주변
온도,temperature가 올라가는 것...? CHK
cf. Si은 5×10
22 atoms/cm
3
aka
pure semiconductor
진성_반도체
불순물의 다른 영어표현은: impurity
도핑(doping)에 쓰이는 불순물은 도판트(dopant, doping agent)
ex. 추가적인 전자를 주기 위한 phosphorus, ...
donor :
전자,electron를 잃으면서 양이온
acceptor :
양공,hole을 잃으면서 음이온
}
EHP electron-hole_pair
{
electron-hole pair, EHP
자유전자-양공 쌍
자유전자-정공 쌍
rel; mklink ¶
반도체의 분류:
메모리,memory반도체
non-memory
- CPU
- GPU
- NPU
- image_sensor
- ....
반도체 물질의 분류: // mk subpages? semiconductor_material ?
진성반도체 - 불순물이 섞이지 않은
n형반도체
p형반도체