반도체 물리학이란 무엇인가요

반도체 물리학이란?

반도체 물리학의 정의

반도체 물리학은 주로 실리콘과 게르마늄 같은 원소를 포함하는, 도체와 절연체 사이의 전기 전도도를 가진 재료를 연구하는 학문입니다.

반도체의 특성

반도체는 중간 수준의 저항성을 가지며, 저항의 온도 계수는 음수이므로 온도가 상승할수록 저항이 감소합니다.

공유결합

반도체 원자의 외부 전자는 반도체 결정에서 원자들 간의 결합에 중요한 역할을 합니다. 각 원자가 자신의 가장 바깥 셀에 8개의 전자를 갖도록 하는 경향 때문에 원자들 간에 결합이 발생합니다.

각 반도체 원자는 4개의 외부 전자를 가지고 있으며, 인접한 원자로부터 4개의 전자를 공유하여 자신의 가장 바깥 셀에 8개의 전자를 완성할 수 있습니다. 이러한 전자의 공유는 공유결합을 생성합니다.

각 반도체 원자는 결정 내의 네 개의 인접 원자와 4개의 공유결합을 형성합니다. 즉, 네 개의 인접 반도체 원자 각각과 1개의 공유결합을 형성합니다. 아래 그림은 게르마늄 결정에서 형성된 공유결합을 보여줍니다.

게르마늄 결정에서 각 원자는 마지막 궤도에 8개의 전자를 가집니다. 그러나 단일 게르마늄 원자에서는 32개의 전자가 있습니다. 첫 번째 궤도에는 2개의 전자가, 두 번째 궤도에는 8개의 전자가, 세 번째 궤도에는 18개의 전자가, 나머지 4개의 전자는 네 번째 또는 가장 바깥쪽 궤도에 있습니다.

그러나 게르마늄 결정에서는 각 원자가 네 개의 인접 원자로부터 4개의 외부 전자를 공유하여 가장 바깥쪽 궤도에 8개의 전자를 채웁니다. 이렇게 하면 결정 내의 각 원자는 가장 바깥쪽 궤도에 8개의 전자를 가집니다.

공유결합을 형성하면 각 외부 전자가 원자와 연결되어 이상적인 반도체 결정에는 자유 전자가 없습니다. 이러한 결합으로 인해 원자들은 질서정연하게 배열되어 반도체의 결정 구조를 형성합니다.

에너지 밴드 이론

반도체는 발전대와 전도대 사이에 작은 에너지 차이가 있어 에너지를 가하면 전자가 움직이고 전기를 전도할 수 있습니다.

반도체의 종류

• 본질적 반도체

• 비본질적 반도체

• N형 및 P형 반도체