반도체 물성과 소자) 특별판, 캐리어 관점에서 보는 전자, 정공 농도

진성 반도체 : 도핑을 하지 않은 반도체입니다.

대부분 반도체는 전기적 성질을 얻기 위해 도핑을 하며, 도핑한 반도체를 외인성 반도체라고 합니다. 

 

n형 반도체 : 다수 캐리어가 전자인 반도체입니다.

p형 반도체 : 다수 캐리어가 정공인 반도체입니다.

1. 진성 반도체의 캐리어

반도체는 상온에서 존재하기 때문에, 300K에서 열평형 상태를 이룬다고 가정을 합니다. 

실리콘에 '에너지'가 가해지므로, EHP가 생깁니다. 

실리콘 300K에서 생기는 EHP의 개수는 전자, 정공 각각 1.5 x 10^(10) 개입니다. (ni = 1.5 x 10^(10))

이 정도면 전기적 성질이 거의 없는 것과 마찬가지이지요.

 2. n형 반도체의 캐리어

진성 캐리어의 EHP로 생기는 자유전자, 자유 정공은 너무 작아서 전기적 성질이 없는 것과 마찬가지입니다. 

따라서, 도핑이라는 것을 하죠. 실리콘 300K에서 생기는 EHP의 개수는 똑같이 1.5 x 10^(10) 개입니다.

 

하지만, 도핑으로 10^15개 정도의 자유전자를 넣었을 때 어떻게 변할까요?

10^15 + 1.5 x 10^(10) = 10^15죠. (열에너지로 생기는 EHP 개수는 너무 작아 무시하는 겁니다.) 

 

그럼 no x po = ni^2 공식을 통해, no = 10^15이니, p0는 10^5의 값을 가집니다. (ni를 10^10으로 가정했습니다.)

수식으로 이해를 했지만, 왜 정공의 농도가 작아질까요?

전자가 정공을 다 잡아먹기 때문입니다.

 

출처 : sk 하이닉스 뉴스룸

SK 하이닉스 뉴스룸에서, 정말 잘 정리된 표가 있길래 가져왔습니다. 

다수 캐리어 10^19는 오타인 것 같습니다. 10^15로 생각하시고 이해하시면 될 것 같습니다. 

 

예제) 붕소 10^15cm^(-3)으로 도핑된 Si 막대가 빛에 노출되어 EHP가 10^20cm^(-3)의 비율로 막대 전체에 생성 중입니다.

p0, n0, 델타 p, 델타 n, p, n, np 값을 구하세요.