기본 전자-반도체

semiconductor도체와 절연체 사이에 저항이있는 물질입니다. 비저항의 특성은 물질을 반도체로 결정하는 유일한 것이 아니라 다음과 같은 특성이 거의 없습니다.

  • 반도체는 절연체보다 작고 도체보다 높은 저항을 가지고 있습니다.

  • 반도체는 음의 온도 계수가 있습니다. 반도체의 저항은 온도가 감소함에 따라 증가하며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

  • 반도체의 전도 특성은 적절한 금속 불순물이 첨가 될 때 변하는데, 이는 매우 중요한 특성입니다.

반도체 장치는 전자 분야에서 광범위하게 사용됩니다. 트랜지스터는 부피가 큰 진공관을 대체하여 장치의 크기와 비용이 감소했으며이 혁명은 계속해서 속도를 높여 통합 전자 장치와 같은 새로운 발명품으로 이어졌습니다. 다음 그림은 반도체의 분류를 보여줍니다.

반도체의 전도

전자에 대한 지식을 얻은 후, 우리는 가장 바깥 쪽 껍질이 valence electrons그것은 핵에 느슨하게 붙어 있습니다. 다른 원자에 가까워 질 때 원자가 전자를 갖는 이러한 원자는 두 원자의 원자가 전자가 결합하여 "Electron pairs”. 이 결합은 그다지 강하지 않으므로Covalent bond.

예를 들어 게르마늄 원자에는 32 개의 전자가 있습니다. 첫 번째 궤도에 2 개의 전자, 두 번째 궤도에 8 개, 세 번째 궤도에 18 개, 마지막 궤도에 4 개. 이 4 개의 전자는 게르마늄 원자의 원자가 전자입니다. 이 전자는 다음 그림과 같이 인접한 원자의 원자가 전자와 결합하여 전자 쌍을 형성하는 경향이 있습니다.

구멍 생성

결정에 공급되는 열 에너지로 인해 일부 전자는 제자리를 벗어나 공유 결합을 끊는 경향이 있습니다. 이 깨진 공유 결합은 무작위로 방황하는 자유 전자를 생성합니다. 하지만moved away electrons 뒤에 빈 공간 또는 원자가를 생성합니다. hole.

누락 된 전자를 나타내는이 정공은 단위 양전하로 간주 될 수 있고 전자는 단위 음전하로 간주됩니다. 해방 된 전자는 무작위로 움직이지만 외부 전계가 가해지면이 전자는 가해진 전계와 반대 방향으로 이동합니다. 그러나 전자의 부재로 인해 생성 된 정공은 적용된 장의 방향으로 이동합니다.

구멍 전류

공유 결합이 끊어지면 구멍이 생성된다는 것은 이미 이해되고 있습니다. 실제로는 반도체 결정이 공유 결합을 형성하는 경향이 강합니다. 따라서 결정에는 구멍이 존재하지 않는 경향이 있습니다. 이것은 반도체 결정 격자를 보여주는 다음 그림에서 더 잘 이해할 수 있습니다.

전자는 장소 A에서 이동하면 구멍이 형성됩니다. 공유 결합이 형성되는 경향으로 인해 B에서 전자가 A로 이동합니다. 이제 다시 B에서 공유 결합의 균형을 맞추기 위해 전자가 C에서 B로 이동합니다. 이것은 계속해서 경로를 구축합니다. 적용된 필드가 없을 때 이러한 구멍의 움직임은 무작위입니다. 그러나 전계가 가해지면 구멍이 가해진 전계를 따라 표류하여hole current. 이것은 정공의 움직임이 전류 흐름에 기여하기 때문에 전자 전류가 아닌 정공 전류라고합니다.

무작위로 움직이는 동안 전자와 구멍은 서로 만나 쌍을 이룰 수 있습니다. 이러한 재결합은 열을 방출하여 다른 공유 결합을 끊습니다. 온도가 상승하면 전자와 정공의 생성 속도가 증가하여 재결합 속도가 증가하여 전자와 정공의 밀도가 증가합니다. 결과적으로 반도체의 전도도가 증가하고 저항이 감소하여 음의 온도 계수를 의미합니다.

진성 반도체

극도로 순수한 형태의 반도체는 intrinsic semiconductor. 이 순수 반도체의 특성은 다음과 같습니다.

  • 전자와 정공은 열 여기에 의해서만 생성됩니다.
  • 자유 전자의 수는 정공의 수와 같습니다.
  • 전도 능력은 실온에서 작습니다.

진성 반도체의 전도 능력을 높이기 위해서는 약간의 불순물을 첨가하는 것이 좋습니다. 이 불순물을 첨가하는 과정을Doping. 이제이 도핑 된 진성 반도체를 외부 반도체라고합니다.

도핑

반도체 재료에 불순물을 추가하는 과정을 도핑이라고합니다. 첨가 된 불순물은 일반적으로 5가 및 3가 불순물입니다.

Pentavalent Impurities

  • 그만큼 pentavalent불순물은 가장 바깥 쪽 궤도에 5 개의 원자가 전자를 가진 것들입니다. 예 : 비스무트, 안티몬, 비소, 인

  • 5가 원자는 donor atom 순수한 반도체 원자의 전도대에 하나의 전자를 제공하기 때문입니다.

Trivalent Impurities

  • 그만큼 trivalent불순물은 가장 바깥 쪽 궤도에 3 개의 원자가 전자를 가진 것들입니다. 예 : 갈륨, 인듐, 알루미늄, 붕소

  • 3가 원자는 acceptor atom 반도체 원자에서 전자 하나를 받기 때문입니다.

외부 반도체

순수 반도체를 도핑하여 형성된 불순물 반도체를 extrinsic semiconductor. 첨가되는 불순물의 유형에 따라 두 가지 유형의 외부 반도체가 있습니다. N 형 외인성 반도체와 P 형 외인성 반도체입니다.

N 형 외인성 반도체

순수 반도체에 소량의 5가 불순물을 첨가하여 N 형 외인성 반도체를 생성합니다. 추가 된 불순물에는 5 개의 원자가 전자가 있습니다.

예를 들어, 비소 원자가 게르마늄 원자에 추가되면 원자가 전자 중 4 개가 Ge 원자와 결합되고 하나의 전자는 자유 전자로 남아 있습니다. 이는 다음 그림과 같습니다.

이 모든 자유 전자는 전자 전류를 구성합니다. 따라서 순수 반도체에 첨가 될 때 불순물은 전도를위한 전자를 제공합니다.

  • N 형 외인성 반도체에서 전도가 전자를 통해 발생하기 때문에 전자는 다수 캐리어이고 정공은 소수 캐리어입니다.

  • 양전하 또는 음전하의 추가가 없기 때문에 전자는 전기적으로 중성입니다.

  • 5가 불순물이 첨가 된 N 형 반도체에 전계를 가하면 자유 전자가 양극쪽으로 이동한다. 이를 네거티브 또는 N 형 전도율이라고합니다.

P 형 외인성 반도체

순수 반도체에 소량의 3가 불순물이 첨가되어 P 형 외인성 반도체가됩니다. 추가 된 불순물에는 3 개의 원자가 전자가 있습니다. 예를 들어, 붕소 원자가 게르마늄 원자에 추가되면 3 개의 원자가 전자가 Ge 원자와 결합하여 3 개의 공유 결합을 형성합니다. 그러나 게르마늄에 하나 이상의 전자가 결합을 형성하지 않고 남아 있습니다. 공유 결합을 형성하기 위해 남아있는 붕소에 전자가 없기 때문에 공간은 구멍으로 취급됩니다. 이는 다음 그림과 같습니다.

붕소 불순물을 소량 첨가하면 전도에 도움이되는 많은 구멍을 제공합니다. 이 모든 구멍은 구멍 전류를 구성합니다.

  • P 형 외인성 반도체에서 전도가 정공을 통해 발생하기 때문에 정공은 다수 캐리어이고 전자는 소수 캐리어입니다.

  • 여기에 추가 된 불순물은 다음과 같은 구멍을 제공합니다. acceptors, 게르마늄 원자로부터 전자를 받아들이 기 때문입니다.

  • 모바일 홀의 수가 억 셉터의 수와 동일하게 유지되므로 P 형 반도체는 전기적으로 중립을 유지합니다.

  • 3가 불순물이 첨가 된 P 형 반도체에 전계를 가하면 정공은 음극쪽으로 이동하지만 전자보다 느린 속도로 이동합니다. 이것을 P 형 전도율이라고합니다.

  • 이 P 형 전도도에서 원자가 전자는 N 형과 달리 하나의 공유 결합에서 다른 공유 결합으로 이동합니다.

반도체에서 실리콘이 선호되는 이유는 무엇입니까?

게르마늄, 실리콘 등 반도체 소재 중 다양한 전자 부품 제조에 널리 사용되는 소재는 Silicon (Si). 실리콘은 다음과 같은 여러 가지 이유로 게르마늄보다 선호됩니다.

  • 에너지 밴드 갭은 0.7ev이고 게르마늄의 경우 0.2ev입니다.

  • 열 쌍 생성이 더 작습니다.

  • 실리콘의 경우 SiO2 층의 형성이 용이하여 통합 기술과 함께 많은 부품을 제조하는 데 도움이됩니다.

  • Si는 Ge보다 자연에서 쉽게 발견됩니다.

  • Ge보다 Si로 구성된 부품에서 소음이 적습니다.

따라서 실리콘은 다양한 목적으로 다양한 회로를 만드는 데 사용되는 많은 전자 부품의 제조에 사용됩니다. 이러한 구성 요소에는 개별 속성과 특정 용도가 있습니다.

주요 전자 부품에는 다음이 포함됩니다. 저항기, 가변 저항기, 커패시터, 가변 커패시터, 인덕터, 다이오드, 터널 다이오드, 버 랙터 다이오드, 트랜지스터, BJT, UJT, FET, MOSFET, LDR, LED, 태양 전지, 서미스터, 배리스터, 변압기, 스위치 , 릴레이 등