반도체_진성 반도체 및 외인성 반도체

오늘은 intrinsic semiconductor(진성반도체)와 extrinsic semiconductor(외인성반도체)에 대해

알아보는 시간을 갖으려고 하는데요 그전에 아주 간단하게 전자의 유효질량이라는 개념에 대해 짚고 넘어가겠습니다!

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많은분들이 질량이라는 용어에 대해서는 상당히 친숙한 용어이고 전자의 질량 값을 외우고 있는분들도 계실거라고 생각될만큼 많은 분들이 자세하게 알고 있을거라고 생각되지만 전자의 유효질량이라는 용어에 대해서는 다소 생소할거라고 생각됩니다. 그차이가 뭘까요?

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우선 질량은 어떤 물체가 힘을 받았을때 가속도가 얼마나 붙는지를 나타내는 비례상수입니다.

그리소 전자의 질량은 진공내에서 전자가 가지는 질량을 말해서 me = Fext / a 로 나타냅니다.

그런데 실제로 전자가 어떤 격자내에서 힘을 받게 되면 충돌과 같은 internal force를 받게 되는데요

이러한 내력에 의해 다른 질량값을 갖게 됩니다. 이는 식으로

위와같이 표현하는데 사실 식을 외운다기보다는 유효질량이 뭔지 그리고 유효질량은 material 마다 그리고 방향에 따라 각각 다르다는 점만 알아두고 넘어가시면 좋을 것 같습니다

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이제 intrinsic semiconductor(진성반도체)와 extrinsic semiconductor(외인성반도체)에 대해 알아보겠습니다. 이 둘을 구분하는 가장 큰 차이로 저는 doping의 유무로 배웠습니다.

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진성반도체는 thermal 에 의해 electron-hole pair가 생성되는 것이고

외인성반도체는 dopant에 의해 electron-hole pair가 생성되어 도핑된 원자의 종류에 따라 p-type 반도체 n-type 반도체로 구분됩니다.

때문에 진성반도체에서는 no = po = ni 외인성반도체에서는 no ≠ po 와 같은 차이가 나타납니다

(단, 도핑을 하더라도 온도가 매우 높아져 도펀트보다 많은 수의 electron-hole pair가 생성되는 반도체는 진성반도체라고 부릅니다)

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* ni : 진성반도체에서 캐리어수

* no : 평형상태에서 conduction band에 전자의 수

* po : 평형상태에서 valance band에 홀의 수