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반도체 : 비저항 ( ) 전도도 ( ) /1고체 물질의 비저항 ( ) : 물질의 고유 성질 (intrinsical property)교과서 27 장 (p.428∼ p.434), Kittel (ch. 6)→ =?

도선 ( 단면 A) 에 전류 가 흐를 때 , ( : 전류밀도 ) or AdJi i J AiJ 유동속력 (p.429 읽기 ) 면적 A, 길이 L, 전하 e 의 총 전하량 (q)

enALq )( n : 전하밀도유동속력 ( ) → dvLt /) ( 시간dv

ddd

dd

vneJnevA

nAevAiJ

nAevvL

enALtqi

or

/)(

비저항 ( ) 의 정의 JE / IVR /

tnem

nevtevm

d

2

↳ 단위 mmAmV

2//

EeF

또한 mΔtEev ΔEe

ΔtvΔ or mE e

dtvd mEe

dtkd

dtvdmF

kvm

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t (Relaxation time on scattering time)

dvv ( 전하의 유동속도 )

1

2 ne

m : 전하 + 질량 , : 전하량: 전하 밀도 , : scattering time( 전하가 충돌 간 시간 )

m en

1 ,1

n 예 , ≫ )( )( SinCun

↳1013n 이 주된 효과 !!

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반도체 : 비저항 온도계수 ( ) : 비저항의 온도의존성 계수

0

T

반도체 혹은 절연체

도체반도체의 경우 온도 (T) 가 낮아질 수록 , n 값이 현저히 감소

현저히 적은 수의 n 이 C.B. 로 전이 → ↑ , ↓

C.B.

V.B.

Eg.

High T예 , 1000K

C.B.

V.B.

Eg.

C.B.

V.B.Low T예 , 10K

42.7 도핑된 반도체도핑 (doping) : 원래 물질에 새로운 이종 (hetero) 원자나 분자를 첨가 (adding) 하여 새로운 특성을 유도하는 기술

기술적 유용성반도체 도핑 : 보통의 경우 107 개의 Si 원자당 1 개 정도만 도핑하는 원자로 교체 !

(a) 순수한 실리콘의 살창구조를 평면에 투영시킨 그림 . 실리콘 원자는 이웃한 4 개의 원자와 두 전자를 공유하는 결합 ( 검은 평행선 사이에 붉은 점으로 표시된 ) 으로 연결되어 있다 . 두 전자는 특정 원자에 속하는 것이 아니라 공유결합에 참여하고 있으며 , 원자가띠를 구성한다 .(b) 실리콘원자 하나가 인원자 ( 원자가 =5) 로 치환되어 있다 . 하나 ‘남게 된’전자는 이온에 약하게 결합되어 있어서 전도띠로 쉽게 올라가 살창 전체를 자유로이 돌아다닐수 있다 . (c) 실리콘원자 하나가 알루미늄 원자 ( 원자가 =3) 로 치환되어 있다 . 이경우에는 하나의 양공이 원자가띠에 생긴다 . 이때 전자들이 비어 있는 자리를 채우기 위해 이동함에 따라 양공이 움직인다 . 그림에서 양공은 오른쪽으로 이동한다 .

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도핑된 반도체 : n 형 반도체

n 형 반도체 extra 전자 (-e) 존재 Si→P15, As33 인 5 가 원자로 대체

Si14 : 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p2

Sp3 hybridization( 에너지 적으로 더욱 안정된상태 ) 즉 , 3s1, 3px, 3py, 3pz 의 4 개의 전자가이웃한 4 개의 Si 원자의 전자와 “공유결합”을하고 있다 .

이웃하는 두개의 원자사이의 전자를 공유하면서 스핀↑↓로안정된 결합을 하고 있다 .

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5 가 원자 ( 예 , P, As 등 ) 으로 도핑되면 잉여 전자 (extra electron) 들이자유롭게 떠돌아 다닐 수 있게 되면 이 전자가 C.B. 로 전이하였다 .(Eg 를 건너뛰어서 )

Extra-electron(like from electron) 은 새로운 에너지 준위를 창출한다 .→ 교과서 p.731 읽기

Si+4

Si+4

Si+4

Si+4P+5

Si+4

Extra(or excess) electronLike free-electron

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n 형 도핑을 통한 새로운 에너지 준위 (Ed)→ 주개 준위 (donor level)n 형 반도체 : 전자의 수≫양공의 수

Major carrier Minor carrier

도핑된 반도체 : p 형 반도체Si- 배경 물질 (background material) 에 5 가 아닌 3 가 ( 예 , Al13, B5, Ga31 등 ) 원자로 도핑하자( 물론 , 약 107 개의 Si 중 한 개 정도만 )

전자 한 개가 비어 있는 “양공(hole)” 이 존재한다 .

양공에 의한 에너지 준위받개 준위 (accepter level)

p 형 반도체 : 전자수≪ 양공수

Si+4

Si+4

Si+4

Si+4Al+5

Si+4

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