|
|
| 모든 물질은 분자 또는 원자의 결합으로 되어 있고 이들 원자는 양전하를 가진 원자핵과 음전하를 가진 전자로 구성되어 |
| 있으며 원자핵의 구조나 전자의 수에 따라 서로다른 원자가 된다.그리고 원자의 모형은 아래 그림과 같이 마치 태양 주위 |
| 를 행성들이 돌고 있는 것과 비슷하며 원자의 대부분의 질량을 차지하는 원자핵을 중심으로 정해진 수의 전자가 지정된 |
| 궤도에서 돌고 있다. |
|
|
| [ 원자와 전자 ] |
 |
| 수소 헬륨 리튬 나트륨 |
|
|
| 위 그림은 아연 원자에 대한 구조를 나타낸 것이다. 30개의 전자들은 무리를 지어 일정한 궤도를 따라 원자핵 주위를 돌고 |
| 있다. 아연의 경우 N각에 전자가 2개 있는데 이와 같이 원자핵 주위를 돌고 있는 전자 중에서 가장 바깥쪽 궤도를 돌고 있 |
| 는 전자를 최외각 전자라 한다.최외각 전자는 원자핵으로부터의 구속력이 가장 약해,외부로부터 에너지가 주어지면 이 에 |
| 너지를 흡수하여 원자핵의 구속으로부터 이탈하므로 자유로운 운동을 할수 있게 된다.이와 같은 전자를 자유전자라 한다. |
|
 |
| 전자의 이동과 전류 |
|
| 금속 내부에서는 전도 전자가 금속 양이온의 사이를 자유로이 운동하고 있다. |
| 이런 상태의 금속에 전지 등을 사용하여 전기장을 가하면 양극을 향해서 전도전자의 |
| 이동이 일어나며, 그 결과 전류가 흐르게 된다. 즉,전도 전자의 이동에 의해 전류가 |
| 흐르게 되는 것이다.좌측 그림에서 (+)와 (-)의 전위차는 전자의 이동 속도와 비례 |
| 관계가 있어 전위차가 많이 날수록 전류가 증가하게 된다.그러므로 옴의 법칙이 |
| 성립함을 알수 있다. |
|
(나) 반도체 내의 전자 움직임 |
 |
| 좌측 그림은 실리콘의 결정 모양을 나타낸 것이다. 실리콘 원자는 화학적으로 안정되기 위해서 가전자대에 |
| 8개의 전자를필요로 하는데 4개 밖에 갖고 있지 않다. 따라서 다른 원자와의 공유결합에 의해서 안정화 |
| 되려고 하는 노력을 하게 된다. 이와 같이, 실리콘 이외의 다른 물질의 혼입이없고 안정된 상태에 있는 |
| 반도체를 진성반도체라 한다. 대표적인 진성 반도체에는 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge)이 있다. |
| 외부로부터 가해진 에너지에 의해 실리콘 원자의 전자는 공유결합에서 벗어나 자유 전자가 되며 자유전자가 |
| 결정 내를 이동한다. 동시에 전자가떠난 자리의 구멍도 마치 +전하를 가진 입자와 같이 결정 내를 이동한다. |
| 이 전자가 나간구멍의 이동은 실제로는,근처의 실리콘 원자의 공유결합 전자가 빈 구멍으로 뛰어들어서 |
| 그 근처의 실리콘 원자로 구멍이 이동하는 방법으로 일어난다. |
| 이런 식으로 이 구멍은 원자에서 원자로 계속이동한다. |
|
| 이 빈 구멍은 전자가 없어진 자리이므로 +전하를 가진 입자가 이동하고 있는 것처럼 보이기 때문에 정공(hole)이라 한다.따라서, 반도체에 전류가 |
| 흐르는 것은 정공과 자유 전자의 두 종류에 의해서 이루어지게 된다. 여기서,이 정공과 자유 전자를 전하의 운반체라는 뜻으로 반송자라 한다. |
|
| (다) 반도체의 종류 |
| 이런 식으로,이 구멍은 원자에서 원자로 계속이동한다. 이 빈구멍은 전자가 없어진 |
| 자리이므로 +전하를 가진 입자가 이동하고 있는 것처럼 보이기 때문에 정공(hole)이라 한다. |
| 따라서, 반도체에 전류가 흐르는 것은 정공과 자유 전자의 두 종류에 의해서 이루어지게 된다. |
| 여기서,이 정공과 자유 전자를 전하의 운반체라는 뜻으로 반송자라 한다. |
|
| 반도체에는 진성 반도체와 불순물 반도체가 있다. 불순물 반도체는 진성 반도체에 소량의 불순물 즉 3가 또는 5가의 원자를 |
| 혼합하여 만들어지게 되는데 이를 각각 p형 반도체와 n형 반도체라 하고 이들은 진성 반도체보다 도전성이 높다. |
|
|
| 진성 반도체에 가전자가 5개인 5가의 안티몬(Sb)을 혼합하면 아래 그림과같이 안티몬 원자는 4개의 실리콘 원자와 공유 |
| 결합을 할 수 있으나 한개의 전자가 남게 된다. 이것을 과잉전자라 한다.공유결합에 의해 가전자 궤도는 8개의 전자만을 |
| 포함할 수 있기 때문에 과잉전자 한 개는 아래그림의 에너지대에서와 같이 전도대에서 운동하지 않으면 안된다. |
| 여기서 불순물에 의해서 생성된 전도대의 전자의 수는 많으나, 햇빛 등의 열에너지에 의해서 생성된 정공은 몇 개에 불과 |
| 하다.이와같이 반송자의 대부분이 전자인 반도체를 n형 반도체라 하고 전자를 다수 반송자, 정공을소수 반송자라 한다. |
| 그리고 n형 반도체를 만드는 불순물을 전도대에 전자를 준다는 의미에서 도너(doner)라고 한다 |
|
  |
|
| 진성 반도체에 가전자가 3개인 3가의 갈륨(Ga)을 혼합하면 아래 그림과 같이 갈륨 원자는 인접한 원자와 공유결합을 할때 |
| 한 개의 전자가 부족하게 되고, 이 전자가 빈 공간에 정공이 생기게 된다. 그러므로 아래 그림과 같이 가전자대에는 많은 |
| 수의 정공이 생기게 되고 오직 열에너지에의해서 생성된 몇 개의 전자만이 전도대에 있게 된다. 이와 같이 반송자의 대부 |
| 분이 정공인 반도체를 p형 반도체라 하고,정공을 다수 반송자,전자를 소수 반송자라 한다. 그리고 p형 반도체를 만드는 불 |
순물을 정공이 재결합을 하기 위해서는 전자를 받아들일 수 있다는 의미에서 억셉터라고 한다.
|
|
|
