물질,substance,matter이나 재료,material 중에서 반도체가 될 수 있는 것의 구분 기준은 비저항,resistivity(ρ)이다.
(또는 비저항의 역수인 컨덕티버티,conductivity(σ))

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: Si_xGe_1-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 [http]

김명식 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.
[1]
// 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.

conduction electrons - 전자,electron
holes - 양공,hole

전류나 저항 값을 제어하는 방법은

dopant 주입으로 전자나 양공의 농도 바꾸기
E field(전기장,electric_field) 인가
온도,temperature 바꾸기
방사선 조사 (irradiation) - 방사선,radiation

순수한 Si 결정에서 전자가 하나 빠져 나오면 반드시 hole도 같이 발생한다. 그래서 EHP(electron-hole pair)란 말을 쓴다.

1 cm³ 당 들어 있는 conduction electron의 개수는 약 100억개. 이 값을 $n_i$ 로 쓴다. i의 뜻은 intrinsic(순수한, pure, 진성의)이다. 온도 300 K 정도에서, $n_i=10^{10}$

$n$ : number of electrons/cm³
$p$ : number of holes/cm³
$n_i$ : intrinsic carrier concentration

In a pure semiconductor,

$n=p=n_i$

[2]

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(E_c)를 위쪽 선으로, valence band에서 가장 높은 에너지(E_v)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.
[3]

[edit]

용어 ¶

공핍(depletion) : 영어사전 의미는 "고갈, 소모", 유의어 exhaustion
공핍층, 공핍 영역(depletion region) depletion_region
{
캐리어,carrier가 없다는 뜻

https://everything2.com/title/depletion region

depletion_region

depletion_region
}

도핑,doping

극소량의 불순물,impurity을 첨가(주입)하여 결정,crystal의 성질을 변화시키는 것

intrinsic_semiconductor에 도핑을 한 결과물이 extrinsic_semiconductor.

둘 다 silicon crystal속에 소수의(Si 원자 수에 비하면 매우 적은) 불순물을 첨가함.
$N_D$ donors/cm³ ₁₅P(인,phosphorus), 즉 n-type dopant(donor, 전자 주개,donor 역할) 첨가하면 n-type_semiconductor 이 됨.
$N_A$ acceptors/cm³ 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

https://everything2.com/title/p-type semiconductor

n-형 반도체(n-type_semiconductor)

https://everything2.com/title/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)

	n형 반도체	p형 반도체
주로 ..에 의해 전류가 흐름 (즉 majority carrier가 뭐냐면)	전자,electron	양공,hole(=정공)
다수캐리어 (이 표 바로 위 row의 반복)	전자	양공
소수캐리어(minority carrier)	양공	전자
주위에 ...를 제공	자유전자,free_electron	양공,hole
by	주개,donor(여분의 자유전자를 제공하는 5족 원소)에 의해	받개,acceptor(여분의 hole을 제공하는 3족 원소에 의해)

전자밀도와 정공밀도의 곱은 doping 수준과 관계 없이 항상 진성반도체 전자밀도의 제곱과 같다는 $np=n_i^2$ 이 성립하며,

p형 반도체의 majority carriers	$p\approx N_A$
p형 반도체의 minority carriers	$n\approx \frac{n_i^2}{N_A}$
n형 반도체의 majority carriers	$n\approx N_D$
n형 반도체의 minority carriers	$p\approx \frac{n_i^2}{N_D}$

이것들을 접합시켜서,

pn 접합시켜서 다이오드,diode를
pnp, npn 접합시켜서 트랜지스터,transistor를
and?

pn접합,p-n_junction

MKLINK
띠,band
양공,hole
전기회로,electric_circuit
전자회로,electronic_circuit
회로소자,circuit_element

[edit]

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

//see 띠,band for band gap

	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??

[edit]

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.
[https]

물리학백과 양공

전용사 정공

캐리어 carrier //.. mv to 캐리어,carrier?

전하를 운반하는 것??
n형반도체의 전도전자, p형반도체의 정공 처럼.
[https]

src 전용사
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
[https]

src 전용사
see also [https]

전용사: 터널 효과

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.

n_i = 5.2×10¹⁵ T^3/2 exp((−E_g)/(2kT)) electrons/cm³

온도에 따른 예를 들면

n_i(T=300K) = 1.08×10¹⁰ electrons/cm³
n_i(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 5×10²² atoms/cm³
aka pure semiconductor