물리전자공학 4 - 반도체의 캐리어, 전자와 정공

전자/물리전자공학

Awakke 2022. 2. 18. 12:00

1. 전자와 정공

공유결합 되어있는 반도체 격자내에서 주변 환경이 만드는 열적 에너지 때문에

공유결합을 깨고 나오는 전자를 자유전자라고 지칭합니다.

자유전자는 반도체 격자 내를 자유롭게 움직일 수 있으며

이렇게 전자가 움직이며 전류를 만들 수 있습니다.

자유젼자가 나옴으로써 빈자리는 정공(Hole)이라고 부르며 가상의 입자(+q)로 생각합니다.

자유전자(-q) 와 정공(+q)을 전하를 운반한다고 생각해 캐리어(Carrier)라고 칭합니다.

각 캐리어의 농도는 단위부피당 얼마나 존재하는지로 [number/cm^3] 표현하며

캐리어의 농도가 변하는 요인으로는

주변 열적 에너지의 변화, 불순물을 도핑, 전기장 발생 그리고 방사선이나 빛이 있습니다.

위와 같은 방법들로 반도체의 전도도(Conductivity)를 통제할 수 있습니다.

불순물을 넣지 않은 순수한 물질에서 열적 에너지때문에 발생하는 캐리어(전자, 정공) 의 농도

$$ Intrinsic \ carrier \ concentration =n_{i} $$

$$ \therefore Intrinsic \ Si에서는 \ n(전자의 \ 농도) \ = \ p(정공의 \ 농도) \ = \ n_{i} $$

ex)

$$ Si의 \ 부피밀도(Volume \ Density) \ = \ 5 \times 10^{22} \ [cm^{-3}] \longrightarrow 단위 \ 부피당 \ 실리콘의 \ 원자 \ 개수 $$

$$ Si의 \ n_{i} = 1.5x10^{10} [cm^{-3}] \longrightarrow 전자와 \ 정공 \ 쌍의 \ 개수 $$

즉 상온에서 열적에너지에서는 자유전자가 매우작으므로 거의 절연체 같다는 것을 알 수 있습니다.