반도체에서 도핑

순수 실리콘이나 게르마늄은 반도체로 거의 사용되지 않습니다. 실제로 사용 가능한 반도체에는 제어 된 양의 불순물이 추가되어야합니다. 불순물의 첨가는 도체 능력을 변화시켜 반도체 역할을합니다. 고유 또는 순수 물질에 불순물을 추가하는 과정을doping 불순물은 dopant. 도핑 후 고유 물질은 외부 물질이됩니다. 실제로 이러한 물질을 도핑 한 후에 만 사용할 수 있습니다.

결정 구조를 변경하지 않고 실리콘이나 게르마늄에 불순물을 첨가하면 N 형 물질이 생성됩니다. 일부 원자에서 전자는 비소 (As) 및 안티몬 (Sb)과 같은 원자가 대역에 5 개의 전자를 가지고 있습니다. 불순물이 포함 된 실리콘 도핑은 결정 구조 나 결합 공정을 변경해서는 안됩니다. 불순물 원자의 여분의 전자는 공유 결합에 참여하지 않습니다. 이 전자는 원래 원자에 의해 느슨하게 결합되어 있습니다. 다음 그림은 불순물 원자를 추가하여 실리콘 결정의 변화를 보여줍니다.

N 형 물질에 대한 도핑의 영향

N 형 물질에 대한 도핑의 효과는 다음과 같습니다.

순수한 실리콘에 비소를 첨가하면 결정은 N 형 물질이됩니다.
비소 원자에는 공유 결합 과정에 참여하지 않는 추가 전자 또는 음전하가 있습니다.
이러한 불순물은 결정에 하나의 전자를 포기하거나 기증하며이를 기증자 불순물이라고합니다.
N 형 재료는 고유 재료보다 여분의 전자 또는 자유 전자를가집니다.
N 형 재료는 음전하를 띠지 않습니다. 실제로 모든 원자는 모두 전기적으로 중성입니다.
이 여분의 전자는 공유 결합 과정에 참여하지 않습니다. 그들은 결정 구조를 통해 자유롭게 이동할 수 있습니다.
N 형 외인성 실리콘 결정은 단지 0.005eV의 에너지가 적용되어 전도됩니다.
고유 결정의 전자를 가전 자대에서 전도대로 이동시키는 데는 0.7eV 만 필요합니다.

일반적으로 전자는 이러한 유형의 결정에서 대부분의 전류 캐리어로 간주되며 정공은 소수 전류 캐리어입니다. 실리콘에 추가 된 도너 물질의 양은 그 구조에서 대부분의 전류 캐리어의 수를 알아냅니다.

N 형 실리콘의 전자 수는 진성 실리콘의 전자-정공 쌍보다 몇 배 더 많습니다. 실온에서이 물질의 전기 전도도에 확고한 차이가 있습니다. 전류 흐름에 참여할 수있는 풍부한 전류 캐리어가 있습니다. 전류의 흐름은 대부분 이러한 유형의 물질에서 전자에 의해 달성됩니다. 따라서 외부 물질은 좋은 전기 전도체가됩니다.

P 형 물질에 대한 도핑의 영향

P 형 물질에 대한 도핑의 효과는 다음과 같습니다.

순수한 실리콘에 인듐 (In) 또는 갈륨 (Ga)을 첨가하면 P 형 물질이 형성됩니다.
이러한 유형의 도펀트 재료에는 3 개의 원자가 전자가 있습니다. 그들은 네 번째 전자를 간절히 찾고 있습니다.
P 형 재료에서 각 구멍은 전자로 채워질 수 있습니다. 이 정공 영역을 채우기 위해 인접한 공유 결합 그룹의 전자에 필요한 에너지가 매우 적습니다.
실리콘은 일반적으로 1 ~ 106 범위의 도핑 물질로 도핑됩니다. 이것은 P 물질이 순수 실리콘의 전자-홀 쌍보다 훨씬 더 많은 홀을 가질 것임을 의미합니다.
실온에서이 물질의 전기 전도도에는 매우 결정된 특성 차이가 있습니다.

다음 그림은 수용체 원소 (이 경우에는 인듐)로 도핑했을 때 실리콘의 결정 구조가 어떻게 변경되는지 보여줍니다. P 재료 조각은 양전하를 띠지 않습니다. 원자는 주로 모두 전기적으로 중성입니다.

그러나 많은 원자 그룹의 공유 구조에는 구멍이 있습니다. 전자가 들어가서 구멍을 채울 때 구멍은 공허가됩니다. 전자가 떠난 결합 그룹에 새로운 구멍이 생성됩니다. 사실상 정공 이동은 전자 이동의 결과입니다. P 형 재료는 0.05eV의 에너지 만 가한 상태에서 전도됩니다.

위의 그림은 전압 소스에 연결되었을 때 P 형 크리스탈이 어떻게 반응하는지 보여줍니다. 전자보다 많은 수의 정공이 있습니다. 전압이 가해지면 전자는 양극 배터리 단자로 끌립니다.

어떤 의미에서 구멍은 음극 배터리 단자쪽으로 이동합니다. 이 시점에서 전자가 포착됩니다. 전자는 즉시 구멍을 채 웁니다. 그러면 구멍이 비어 있습니다. 동시에 전자는 양극 배터리 단자에 의해 물질에서 당겨집니다. 따라서 홀은 서로 다른 결합 그룹 사이에서 이동하는 전자로 인해 음의 단자쪽으로 이동합니다. 에너지가 적용되면 구멍 흐름이 계속됩니다.