백과

반도체에서의 전도

대표적 반도체인 실리콘을 보면 실리콘 원자의 최외각전자는 4개이며 각 전자는 이웃 원자의 전자와 쌍을 이루면서 원자간 결합(공유결합)을 이룬다. 따라서 순수한 실리콘의 경우 상온에서 전기전도에 참여하는 전자가 없다.

인과 같은 주기율표상의 Ⅴ족원소가 실리콘 원자를 대체하게 되면 인원자의 5개 전자 중 4개는 결합에 쓰이고 나머지 1개는 여기되어 결정 내에서 자유로이 움직일 수 있어서 전기전도에 참가한다. 또 붕소와 같은 Ⅲ족원소가 실리콘 원자를 대체하면 붕소의 최외각전자는 3개이기 때문에 빈자리가 하나 있으며 인접원자의 전자가 이동하여 들어와 4개의 결합수를 채운다.

인원자의 여분의 전자가 자유로이 움직이는 것과 같이 빈자리도 결정 내에서 자유로이 움직인다. 이것은 빈자리가 이동한 것과 같은 효과이다. 결정 전체로는 중성이기 때문에 빈자리는 양의 전하를 가지며 전기장을 가하면 전자와는 반대방향으로 움직인다. 이 빈자리를 양공이라고 부른다.

전하의 이동이 주로 전자에 의해 이루어지는 반도체를 n-형 반도체라 하고 양공에 의해 이루어지는 것을 p-형 반도체라고 한다(→ n-형 반도체, p-형 반도체).

고유 반도체는 열적으로 여기된 전자와 양공만이 있어서 저항이 무척 크지만 불순물을 집어넣으면 그 양에 따라 전자와 양공의 수가 늘어나므로 저항이 작아진다. 불순물의 양으로 저항을 조절할 수 있다는 것은 반도체의 큰 장점이며 모든 반도체 소자가 이를 이용한 것이라고 해도 과언이 아니다. 일반적으로 반도체의 비저항은 10^－3~10⁸Ω·㎝의 광범위한 값을 갖는다.

다른 관련된 사항

반도체 물질, 제조공정, 소자의 구조와 관련된 물리적 현상을 이해하는 것은 중요하다. 이것은 연구실에서 관측되는 현상을 양적으로 설명해주며 새로운 공정의 개발과 새로운 소자의 출현을 예측해준다. 현재 컴퓨터의 도움으로 새로운 소자를 기본이론과 물리적 구조만으로 설계할 수 있다.

제조공정의 경우는 이론적인 설계가 어려운데 이는 여러 가지 예측하기 어려운 상황들이 많기 때문이다. 현재 반도체산업의 제조공정이 성공을 이룬 것은 현장에서의 경험, 직관 등에 많이 의존했기 때문이다.