▶ 금속 내의 전자운동
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에너지대 이론에서 본 도체, 반도체, 절연체
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반도체 내의 전자 성질
▶ 반도체의
종류와 성질
▶ 반도체의 전기전도
반도체 내의 전자의 움직임은 대표적인 반도체인 규소(Si)나 게르마늄(Ge)등의 원자의 결합 구조에 대하여 조사해 보면 쉽게 알 수 있다. 그림 1-35는 규소의 단결정 모양을 나타낸 모형으로서, 정전하를 띤 양이온에는 4개의 팔이 있고, 각각 하나씩의 가전자를 공유하면서 인접한 원자와 튼튼히 결합하고 있다. 이 상태를 평면적으로 그린 것이 그림 1-36이다.
그림 1-35 S i 의 결합 구조 |
그림 1-36 S i 의 결합 평면 구조 |
이와 같이, 규소이외의 다른 물질의 혼입이 없고 안정된 상태에 있는 반도체를 진성 반도체(intrinsic semiconductor)라 한다. 그림 1-37을 통하여 진성 반도체의 에너지대와 전기 전도에 대하여 생각해 보기로 하자.
그림 1-37 진성반도체의 에너지대 구조
즉, 충만대에 있는 전자에 열 등의 근소한 에너지를 주면 운동이 활발해져서, 그 중에 몇 개는 에너지 갭을 넘어서 공핍대로 넘어가 전도 전자가 된다. 이 때, 충만대에는 전도 전자와 같은 수의 전자가 없어진 구멍이 생기게 된다. 그것은 처음 중성인 상태로부터 전자를 잃어서 만들어진 구멍이며, 상대적으로 양의 전하를 가지고 있다고 생각되므로 이것을 정공(positive hole)또는 홀(hole)이라 한다. 이와 같이 해서 생긴 정공은 충만대에서 하위 준위 전자의 전하에 의해서 즉시 중화되므로, 점점 하위의 준위로 옮겨가게 된다. 즉, 그림 1-36에서 어떠한 에너지를 받아서 결합을 이탈한 자유 전자는 화살표와 같이 차례차례로 그 정공의 위치에 들어가 버리고 만다. 이러한 일은 전자가 이동하여 왔다고도 생각되므로, 결국 정공이 이동했다고 보는 편이 좋다. 따라서, 반도체에 전류가 흐르는 것은 전자와 같은 수의 양(+)전하를 가지는 정공과 전도 전자의 두 종류에 의하여 이루어지는 것이 된다. 따라서, 이 정공과 전도 전자를 전하의 운반체라는 뜻으로 반송자(carrier)라 한다. 또, 진성 반도체에서는 전도대에 옮겨진 전자와 충만대에 남아 있는 정공의 수가 같으므로, 페르미 준위는 대략 금지대의 중앙에 있게 된다.
