반도체와 도핑

한빛미디어의 "현대 반도체 소자 공학" 내용을 바탕으로 작성하였습니다. 

 

 

1. 도핑의 개념

 

반도체는 말 그대로 도체와 부도체 사이의 전기 전도도를 가지기 때문에 상온에서의 전류를 발생시킬 전도전자와 정공의 수가 매우 적습니다. 그래서 더 많은 전도 전자들이 필요할 경우 반도체에 5족 원소(ex.비소) 혹은 3족 원소(ex. 붕소)와 같은 불순문을 주입해서 전류를 발생시킬 전자나 정공의 양을 늘립니다. 이렇게 불순물을 반도체에 주입하는 과정을 도핑이라고 하고 5족 원소를 주입했을 경우 이를 N형 반도체라 하고, 3족 원소를 주입했을 경우 이를 P형 반도체라 합니다. 

 

 

2. N형 반도체

 

5족원소는 5개의 최외각 전자를 가집니다. 하지만 반도체의 경우 4족원소(Si, Ge)로 4개의 최외각 전자를 가지고 인접한 4개의 원자와 전자를 서로 공유합니다. 하지만 반도체에 5족 원소가 도핑되면 Si 원자들과 4개의 전자들을 공유하고도 1개의 전자가 남게됩니다. 남은 하나의 전자는 탈출해 이동성 전자가 되어 전류를 발생시킵니다. 그리고 하나의 전자를 잃은 불순물(As)은 -전하를 가진 전자를 잃어버린 것이므로 중성원자에서 양이온으로 변합니다. 이 과정에서 5족 원소는 전자를 제공하였기에 이러한 불순물을 도너(donor) 라고 부르고 이러한 도핑과정을 N형 도핑이라고 합니다.

 

 

 

3. P형 반도체

 

3족원소는 3개의 최외각 전자를 가집니다. 따라서 3족원소(B)를 불순물로써 반도체에 주입하게 되면, 3족 원소는 공유결합을 충족시키기 위해 인접한 원자의 전자를 끌어들이고 정공을 생성합니다. 1개의 전자를 가지게 된 3족 원소는 음이온으로 변합니다. 이러한 3족원소는 전자를 받아들인다는 의미에서 억셉터(acceptor)라 부르고 이러한 도핑과정을 P형 도핑이라고 합니다.