물리전자 1주차

Electronic Materials

- 먼저, 전자의 흐름 방향의 반대가 전류의 방향이고 양전자(Hole, 전공)의 흐름은 전류의 방향과 같습니다.

도체 (Conductor)

- 전류가 잘 흐르는 물질, 좋은 도체는 낮은 저항을 갖고 있습니다.

  한 개의 전자가 최외각에 있습니다. 불완전하기에 이 최외각전자(Valence electron)가 도체의 성질을 나타냅니다. 원자로부터 쉽게 떨어질 수 있습니다. 이것 때문에 전류를 생산합니다.

 

대표적인 물질은

copper, silver, gold, aluminum, nickel

brass & steel

salt water

 

부도체 (Insulators)

- 전류가 잘 안 흐르는 물질. 매우 안정해서 최외각전자가 없습니다.

 

대표적인 물질은

Glass, ceramic, plastics, wood

 

반도체 (Semiconductors)

- 자연적으로도 있고 인위적으로 만든 것도 있습니다. 전류를 조건적으로 흐르거나 흐르지 않는 것, 즉 도체, 절연체 두 가지 역할을 합니다.

 

- carbon(C), silicon(Si), germanium(Ge)가 일반적인 물질. Si가 보편적이고 인기 있는 물질입니다.

 

- 주기율에서 Column number(족)의 3,4,5,6번(=최외각 전자 수)이 반도체의 구성물질로 많이 사용합니다. (B, Al, Ga, In / C, Si, Ge / N, P, As, Sb / S, Se, Te) 순수하게 한 가지 물질로만 이루어져있으면 전류가 잘 흐르지 않기 때문에 이 구성물질들을 혼합합니다.

- doping = impurity injection (불순물 주입)

(ex. Ga, As를 공유결합(Covalent bond)하면 전자를 주고받으니 전자가 활발하게 움직여집니다.)

 

1) P-type (Column Ⅲ)

 

  Hole이 생기므로 Positive입니다. Si(4+)에 B(3+)를 주입(doping)을 합니다. Bias voltage(ε-field, 전기장)를 가하면 Hole이 움직인 방향과 반대로 전하가 움직입니다. (사실 전하가 이동하는 것이지 Hole이 움직이는 것이 아닙니다.) 전류의 방향(current flow)으로 Hole이 움직입니다.

 

cf) 속박전자 (Bound Electron) - 전류가 잘 흐르는 데에 기여하지 않음.

 

2) N(Negative)-type (Column Ⅴ)

- Si(+4)에 P(+5)를 주입 - 전자 1개가 남는데 P-type과 반대입니다.

 

Energy Band (양자역학에서 나옴)

물리2에서 배웠던 Energy Level (준위)과 관련된 이야기

 

 

- Conduction bands는 Free electron이 많이 차지하고 있는 반면에 Valence bands는 Hole이 많이 차지하고 있습니다. (Hole이 많이 차지하고 있다는 것은 자유롭게 움직일 전자가 없습니다.)

- 이 두 가지 band사이에 전자의 이동이 원활해야 전류가 잘 흐릅니다. (Current flow가 잘 됨.)

- Valence band끼리는 전자가 잘 이동하고 Conduction band끼리 전자가 잘 이동합니다.

- Band gap이 넓을수록 전자가 Valence band에서 Conduction band으로 뛰어넘기 힘듭니다.

- Band gap이 넓으면 부도체, 매우 가까우면 도체, 적당히 떨어져있으면 반도체입니다.

출처 : 교수님 강의 자료

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교수님의 강의자료도 첨가하여 오늘 배운 내용을 정리해봤습니다.