반도체(1) Si (실리콘) 과 전자 정공

사실 반도체라는 것은 일종의 스위치다.
Voltage-Controlled Current Source

 

전기가 흐르기도 하고 흐르지 않기도 하고 이러한 2가지 특징을 가진다.

이렇기에 반도체 산업은 부흥할 수 밖에 없다.

 

우리 모든 세상에 컴퓨터가 존재하는데, 그 컴퓨터는 트랜지스터의 집합이라고 볼 수 있고

그 트랜지스터는 반도체가 재료가 된다. 

 

전기가 통하면 1 , 흐르지 않으면 0

이것이 세상을 바꿨다.

 

 

 

실리콘 단위 셀

 

 

실리콘은 Diamond 결정구조를 가지고 있다.

4족원소로 4개의 인접원자와 공유결합을 하며

 

**격자상수(lattice point) 는 5.43 Å

 

**원자밀도는 5 ⅹ 1022 atoms/cm3

 

 

실리콘의 결정 구조를 표현할 때 밀러 인덱스( Miler index) 라고 쓰는데

 

격자면을 표시하기 위한 방법이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 이런식으로

 

(abc) : 격자면과 축이 만나는 축교자첨의 역수를 취하고, 최소공배수를 곱하여

  정수로 표현 (면)

 

[abc] : (abc)평면에 수직한 방향을 가리킨다. (방향)

 

**표면 결정 방향과 전류의 방향은 반도체 소자의 성능과 직결된다.

대부분(1,0,0)을 쓴다고 한다. 

 

 

 

 

 

 

**자르는 면에 따라서 원자 밀도가 달라지는데

 

원자밀도가 높으면 전도 전자가 원자와 충돌(scattering)을 많이 하고 mobility는 떨어진다.

 

 

 

 

 

 

전자와 정공 

 

 

 

 

전도 전자는 (a) 양공은(b)라고 보면 간단하겠다.

 

전도 전자(conduction electron)은 열 에너지로 공유결합을 끊고 결정 내부를 돌아다니는데

이는 전류를 생성할 수 있다는 것이다.

 

정공(hole)은 전도 전자가 만들어지면서 남겨진 자리를 말한다.

hole이 움직이는 것처럼 보이지만 사실 다른 공유전자가 hole 을 채우는 것이다.

(간단하게 양전하를 가진 움직임이라고 봐도 무방하다)

 

+++ hole에 공유전자가 아닌 전도전자가 들어가는 것은 hole의 이동이 아니라

Recombination이라고 부른다. (나중에 글 쓸 거다)

 

**전도 전자와 정공을 항상 쌍을 이뤄서 생성된다. 이는 공유 전자가 나가는 순간 빈자리가 생겨서 그렇다.

 

 

** 실리콘에서 전도 전자와 정공쌍을 만드는데 필요한 에너지는 1.1 eV 이다

 

 

캐리어(Carrier) : 반도체 내에서 전류를 형성하는 입자를 뜻한다. (전자와 정공)

 

 

** 캐리어의 농도가 클수록 당연히 전도도(conductivity)가 크다.