1.1 반도체 소개
반도체 장치는 전자 회로의 기본 구성 요소이며 반도체 재료로 만들어집니다. 반도체 재료는 도체와 절연체 사이의 전기 전도성을 갖는 물질로 정의됩니다. 도체와 절연체의 전도성을 갖는 것 외에도 반도체는 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다.
1, 온도 상승은 반도체의 전도도를 크게 향상시킬 수있다. 예를 들어, 온도가 30도에서 20 도로 증가하면 순수한 실리콘 (SI)의 저항력이 두 배로 늘어납니다.
2, 미량의 불순물 (그들의 존재 및 농도)은 반도체의 전도도를 크게 변화시킬 수있다. 예를 들어, 하나의 불순물 원자 (예 : +3 또는 +5 밸런스 요소)가 백만 실리콘 원자 당 소개되는 경우, 실온에서의 저항은 실온 (27도; 실내 온도 27 도는 이유는 무엇입니까? 214,000 Ω · cm에서 0.2 Ω · cm에서.
3, 광 노출은 반도체의 전도도를 크게 향상시킬 수있다. 예를 들어, 절연 기판 상에 증착 된 황화 카드뮴 (CDS) 필름은 빛이 없을 때 여러 MegoHMS (MΩ)의 저항을 가지지 만, 조명 하에서 저항은 수십 킬로 름 (kΩ)으로 떨어집니다.
또한, 자기장 및 전기장은 또한 반도체의 전도도를 현저하게 변경할 수있다.
따라서 반도체는 도체와 절연체 사이의 전도도를 갖는 재료이며, 이들의 고유 특성은 빛, 열, 자기, 전기장 및 미량 불순물 농도와 같은 외부 요인으로 인해 중요한 변화에 매우 취약하다.
이러한 유리한 특성을 고려할 때, 반도체를 효과적으로 활용할 수있다. 특히, 다이오드, 트랜지스터 및 필드 - 효과 트랜지스터에 대한 후속 논의는 미량 불순물의 특성이 반도체 전도성을 상당히 변경하는 방법을 보여줍니다.
1.2 고유 반도체
반도체에 미량 불순물을 어떻게 도입합니까? 우리는 천연 석영에 불순물을 직접 추가 할 수 있습니까 (누가 주 구성 요소는 si)? 천연 실리콘은 다양한 불순물이 포함되어 있기 때문에 전도도를 통제 할 수 없게 만들기 때문에 직접 사용할 수 없습니다. 모든 반도체의 기본 재료 역할을하는 주요 목표는 제어 가능한 전도성을 달성하는 것입니다.
따라서, 우리는 천연 실리콘을 순수한 실리콘 결정 구조로 정제해야합니다. 이 순수한 반도체 결정 구조를 고유 반도체로 지칭된다.
고유 반도체의 특성 : (고유 반도체는 순수한 결정 구조입니다)
1, 순도, 불순물이 없음을 의미합니다.
안정성을 나타내는 결정 구조. 원자는 서로 결합되어 자유 운동을 방지하여 천연 실리콘에 비해 전도도가 더 낮습니다.
1.2.1 고유 반도체의 결정 구조
화학에서, 우리는 결정에서 두 개의 인접한 실리콘 (Si) 원자의 외부 전자가 공유 전자가되어 공유 결합을 형성한다는 것을 배웠다. 그러나, 각 Si 원자의 가장 외부 전자가 자신의 공유 결합 내에 엄격하게 남아있는 것은 아닙니다. 그 이유는 재료가 온도가있는 환경에 존재하기 때문입니다. 순서가있는 움직임 외에도, 가장 바깥 쪽 전자는 온도의 영향으로 인해 열 운동 - 임의의 움직임 -도 겪습니다. 때때로, 전자는 다른 원자보다 더 높은 에너지를 가질 수있어 공유 결합에서 벗어나 자유 전자가 될 수 있습니다. 소량의 에너지가 있더라도 도체의 가장 바깥 전자는 방향 운동을 생성 할 수 있습니다.
본질적인 반도체에는 불순물이 없습니다. 전자가 공유 결합에서 벗어나면 구멍으로 알려진 공석 뒤에 남습니다. 고유 반도체에서 자유 전자의 수는 구멍의 수와 같으며 쌍으로 생성됩니다. 결정 구조, 구멍 및 유리 전자는 아래 그림에 설명되어 있습니다.
1.2.1 고유 반도체의 결정 구조 (계속)
외부 전기장이 고유 반도체에 적용되는 경우 :
1, 유리 전자는 방향으로 움직여 an을 형성한다전자 전류.
도 2, 구멍의 존재로 인해, 원자가 전자는 이러한 구멍을 채우기 위해 특정 방향으로 이동하여 구멍이 방향 운동을 겪게한다 (유리 전자와 구멍이 쌍으로 생성되기 때문에). 이 구멍의 움직임은 a홀 전류. 자유 전자와 구멍이 반대 전하를 지니고 반대 방향으로 이동함에 따라, 고유 반도체의 총 전류는이 두 전류의 합입니다.
위의 현상은 구멍과 자유 전자가 전하를 운반하는 입자로서 작용한다는 것을 보여줍니다 (이러한 입자는충전 운송 업체). 따라서 둘 다 전하 운송 업체입니다. 이것은 내재적 반도체를 도체와 구별합니다. 도체에는 한 가지 유형의 전하 담체가있는 반면, 고유 반도체에는 두 가지 유형의 전하 담체가 있습니다.
1.2.2 고유 반도체의 캐리어 농도
반도체가 자유 전자를 생성하는 현상 - 열 여기에서 구멍 쌍을 불러옵니다.본질적인 흥분.
자유 전자의 임의의 움직임 동안, 구멍이 발생할 때, 유리 전자와 구멍이 동시에 사라집니다. 이 현상을 불립니다재조합. 고유 여기에 의해 생성 된 유리 전자 - 구멍 쌍의 수는 자유 전자 - 홀 쌍의 수와 같습니다. 동적 평형을 달성합니다. 이것은 특정 온도에서 유리 전자 및 구멍의 농도가 동일하다는 것을 의미합니다.
주변 온도가 상승하면 열 운동이 강화되고 더 많은 자유 전자가 원자가 전자의 제약으로부터 벗어나 구멍이 증가합니다. 결과적으로, 캐리어 농도는 증가하여 전도도를 향상시킨다. 반대로, 온도가 감소하면 캐리어 농도가 감소하여 전도도가 감소합니다. 온도가 절대 0 (0 k)으로 떨어지면 원자가 전자는 공유 결합에서 벗어날 에너지가 부족하여 전도성이 없습니다.
본질적인 반도체에서, 전도도는 두 가지 유형의 전하 운반체의 움직임을 포함한다. 고유 반도체의 전도도는 온도에 의존하지만, 결정 구조로 인해 매우 열악한 상태로 남아 있습니다. 전도성이 좋지 않더라도 고유 반도체는 전도성 특성에서 강한 제어 성을 나타냅니다.
1.3 도핑 된 반도체
이 섹션은 왜 고유 반도체가 전도도의 강한 제어 성을 나타내는지를 설명합니다. 여기서 우리는 반도체의 다음 속성을 사용합니다.미량의 불순물은 전도도를 크게 바꿀 수 있습니다.
"도핑"은 적절한 불순물 요소를 고유 반도체에 도입하는 과정을 말합니다. 추가 된 불순물 요소의 유형에 따라 도핑 된 반도체를 분류 할 수 있습니다.n - 반도체 유형그리고p - 반도체 유형. 불순물 요소의 농도를 제어함으로써, 도핑 된 반도체의 전도도는 정확하게 조절 될 수있다.
1.3.1 n - 반도체 유형
"n"은부정적인, 전자는 음전하를 지니고 가벼워지기 때문에. 결정 구조에 추가의 전자를 도입하기 위해, 펜타 발렌트 원소 (예 : 인, P)는 일반적으로 반도체 내로 도핑된다. 인 원자는 5 개의 원자가 전자를 갖기 때문에, 주변 실리콘 원자와 공유 결합을 형성 한 후, 하나의 여분의 전자가 남아있다. 이 전자는 최소한의 에너지 입력으로 쉽게 자유 전자가 될 수 있습니다. 현재 결정 격자에 고정되어 있고 전자가없는 불순물 원자는 움직이지 않는 양의 이온이된다. 이것은 아래 그림에 설명되어 있습니다.
1.3.1 n - semiconductor 유형 (계속)
n - 유형 반도체에서, 유리 전자의 농도는 구멍의 농도보다 큽니다. 따라서 자유 전자가 호출됩니다대다수의 항공사(멀티 플라이어), 구멍이 호출됩니다소수 항공사(미성년자). 따라서, n - 유형 반도체의 전도도는 주로 자유 전자에 의존한다. 도핑 된 불순물의 농도가 높을수록 다수의 운반체의 농도가 커지고 전도도가 강해집니다.
다수의 운송 업체 농도가 증가 할 때 소수 항공 모함의 농도가 어떻게 변하는 지 살펴 보겠습니다. 소수의 운반체 농도는 유리 전자의 증가가 구멍과의 재조합 확률을 높이기 때문에 감소합니다.
온도가 상승하면 운송 업체의 수가 증가하고 다수의 운송 업체의 증가는 소수 항공 모함의 증가와 같습니다. 그러나 소수 캐리어 농도의 비율 변화는 다수의 운송 업체의 비율보다 높습니다 (수치 적 증가가 동일하더라도 소수 및 전공의 기본 농도로 인해). 따라서 소수 항공 모함의 농도는 낮지 만 과소 평가해서는 안됩니다. 소수 캐리어는 반도체 장치의 온도 안정성에 영향을 미치는 중요한 요소이므로 농도도 고려해야합니다.
1.3.2 p - 반도체 유형
"P"는긍정적인, 긍정적으로 충전 된 구멍의 이름을 따서 명명되었습니다. 결정 구조에 추가 구멍을 도입하기 위해, 삼위 요소 (예 : 붕소, b)는 일반적으로 반도체로 도핑된다. 붕소 원자가 주변 실리콘 원자와 공유 결합을 형성하면 공석 (전기적으로 중립)을 생성합니다. 이웃 실리콘 원자로부터의 원자가 전자 가이 공석을 채우면 공유 결합이 구멍을 생성한다. 그런 다음 불순물 원자는 움직이지 않는 음성 이온이됩니다. 이것은 아래 그림에 설명되어 있습니다.
1.3.2 P - 타입 반도체 (계속)
n - 반도체 유형 반도체, p - semiconductors :
구멍은 다수의 운송 업체이고, 자유 전자는 소수 캐리어입니다.
전도도는 주로 구멍에 의존합니다. 도핑 된 불순물의 농도가 높을수록 구멍의 농도가 커져서 더 강한 전도도를 초래한다 (불순물 원자의 공석이 전자를 흡수함에 따라). 소수 캐리어 농도는 감소합니다.
온도가 상승하면 유리 전자 농도의 백분율 변화가 구멍 농도의 비율보다 높습니다.