반도체 재료 예

전류를 전도하는 능력에 따라 재료는 도체, 절연체 및 반도체의 세 가지 범주로 나뉩니다. 도체의 가장 두드러진 예는 구리 Cu, 알루미늄 Al 및 은 Ag와 같은 금속; 그리고 절연체의 폴리머와 유리. 세 번째 클래스는 아래에서 논의될 것입니다: 반도체.

반도체의 전기적 특성은 절연체와 도체의 특성 중 하나입니다.실리콘 Si와 게르마늄 Ge는 다양한 전자 장치의 제조에 자주 사용되는 반도체의 잘 알려진 예입니다.. 반도체의 전기적 특성은 물질에 통제된 양의 외부 원자를 추가하여 몇 자릿수만큼 변경될 수 있습니다.

반도체는 저온에서 절연체처럼 행동하지만 온도가 높아지면 도체처럼 행동합니다. 이러한 전도도의 이중성은 물질의 원자가 전자가 각각의 핵에 느슨하게 결합되어 있기 때문입니다. 원자이지만 충분하지 않아 온도가 상승하면 원자가 원자 격자를 통해 순환할 수 있습니다. 재료. 전자가 원자를 떠나자 마자 격자에서 순환하고 있던 다른 전자가 채울 수 있는 구멍을 그 자리에 남깁니다.

이것은 이전에 언급한 화학 원소인 실리콘 Si와 게르마늄 Ge의 경우이며, 이들은 마지막 준위에 4개의 원자가 전자를 가지고 있습니다. 반도체 재료에 에너지를 추가하기 위해 열 전달 외에도 빛을 가할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.

반도체 재료의 거동을 더 잘 이해하기 위해 밴드 이론이 사용됩니다.

밴드 이론

 의 개념 원자가 전자가 가지고 있는 축적된 에너지인 발렌시아 밴드.

또한, 이 이론은 다음의 정의를 다룬다. 전도대, 전자가 원자에서 물러나야 하는 에너지. 전도대에 있는 전자는 두 지점 사이에서 전자를 구동하는 전압이 있는 경우 물질을 통해 순환할 수 있습니다.

두 Band를 기준으로 Conductor, Insulator, Semiconductor의 사례를 연구하여 후자에 대한 관점을 갖게 됩니다.

도체의 경우 발렌시아 밴드의 에너지는 전도 밴드의 전자 에너지보다 큽니다. 밴드가 겹치고 많은 발렌시아 전자가 전도에 매우 쉽게 배치되므로 중간에 순환하는 옵션이 있습니다.

반면 절연체의 경우 전도대의 에너지가 발렌시아대의 에너지보다 훨씬 큽니다.

여기에 발렌시아 밴드와 전도 밴드 사이에 간격이 있어서 발렌시아 전자가 비어 있는 전도 밴드에 접근할 수 없습니다. 이것이 절연체가 전도하지 않는 이유입니다. 이러한 물질은 고온에서만 전도성을 가질 수 있습니다.

반도체의 경우 Conduction Band는 여전히 Valencia Band보다 크지만 둘 사이의 격차는 상당히 작으며, 에너지가 증가하면 발렌시아 전자가 전도대로 점프하여 매질을 순환할 수 있습니다. 전자가 발렌시아 밴드에서 전도 밴드로 점프할 때 발렌시아 밴드에 알을 남깁니다. 발렌시아 밴드는 전류 캐리어로도 간주됩니다.

반도체에서는 음전하를 띤 전자와 양전하를 띤 정공의 두 가지 유형의 전류 캐리어가 구별됩니다.

반도체의 종류 

순도에 따라 두 가지 종류의 반도체가 있습니다. 순수한 상태의 반도체 재료는 고유 반도체로 알려져 있습니다. 순수하지만 100만분의 1의 입자처럼 미세한 불순물로 오염된 외부 반도체가 있습니다.

이 오염 과정을 도핑이라고 하며 두 가지 유형으로 나타납니다.

첫 번째 도핑 유형은 N형입니다., 그 중 물질이 원자가 5 원자로 오염됨, 인 P, 비소 As 또는 안티몬 Sb와 같은 구조에 다섯 번째 원자가 전자를 포함함으로써 4가 원자는 안정된 위치를 찾지 못한 채 반도체 물질을 통해 방황하도록 강요받습니다. 배치됩니다. 이러한 잘못된 전자 집합을 다수 전자라고 합니다.

두 번째 도핑 유형은 P형입니다., 그 중 반도체 물질은 원자가 3의 원자로 오염되어 있습니다., 붕소 B, 갈륨 Ga 또는 인듐 In과 같은 이 원자가 재료에 도입되면 전자가 가야 할 구멍이 있습니다. 구멍은 마치 양전하의 운반체처럼 재료의 구조를 통해 쉽게 이동합니다. 이 경우 구멍은 다수 캐리어입니다.

반도체 응용 분야: 다이오드

다이오드는 두 개의 외부 반도체 결정(하나는 N형과 다른 하나는 P형)의 결합으로 구성된 전자 부품입니다. 이들을 결합함으로써 과잉 N형 전자의 일부는 P형 결정으로, P형 정공의 일부는 N형 결정으로 전달된다. 트랜지션 존(Transition Zone)이라고 하는 스트립이 접합부에서 생성되며, 이 스트립에는 다음과 같이 행동하는 전기장이 있습니다. 더 많은 전자가 Zone N에서 Zone P로, 정공이 Zone P에서 Zone으로 이동하는 것을 막는 장벽 N.

다이오드가 배터리에 연결되면 순방향 바이어스와 역방향 바이어스의 두 가지 경우가 발생합니다.

직접 분극에서 양극은 결정 P에 연결되고 음극은 결정 N에 연결됩니다. 이것은 전이 영역을 훨씬 더 좁게 만들어 장벽을 깨고 전류의 자유로운 통과를 허용합니다. 이 조건에서 다이오드는 전도성입니다.

역 분극에서 양극은 결정 N에 연결되고 음극은 결정 P에 연결됩니다. 이것은 전이 영역을 훨씬 더 넓게 만들어 전류의 통과를 방지하는 장벽을 강화합니다. 이 경우 다이오드는 절연체입니다.

다이오드의 용도는 다양합니다. 그러나 가장 많이 사용되는 응용 프로그램은 Rectifier로 사용하는 응용 프로그램입니다. 정류기는 정현파 교류 입력 신호를 동일한 의미를 가진 다른 신호로 변환하여 나중에 교류를 직류로 변환할 수 있는 시스템입니다. 전류를 정류하기 전에 전압 값을 줄이는 변압기가 사용됩니다.

반도체 재료의 예

주기율표에 존재하는 그룹에 따라 다음은 반도체 요소의 몇 가지 예입니다.

그룹 IIIA: 붕소 B, 알루미늄 Al, 갈륨 Ga, 인듐 In.

그룹 VAT: 실리콘 Si, 게르마늄 Ge.

그룹 VA: 인 P, 비소 As, 안티몬 Sb.

VIA 그룹: Sulfur S, Selenium Se, Tellurium Te.