반도체는 선택적으로 도전성 또는 온도, 압력, 방사선, 전기 또는 자기장과 같은 그들이 받게되는 외부 조건에 따라, 절연막의 기능을 수행하는 요소이다.
주기율표에는 14 개의 반도체 원소가 있으며, 그중 실리콘, 게르마늄, 셀레늄, 카드뮴, 알루미늄, 갈륨, 붕소, 인듐 및 탄소가 두드러집니다. 반도체는 중간 전기 전도도를 가진 결정질 고체이므로 전도체와 절연체로 이중으로 사용할 수 있습니다.
도체로 사용되는 경우 특정 조건에서 전류의 순환을 허용하지만 한 방향으로 만 허용됩니다. 또한 전도성 금속만큼 높은 전도성을 갖지 않습니다.
반도체는 전자 응용 분야, 특히 트랜지스터, 다이오드 및 집적 회로와 같은 구성 요소의 제조에 사용됩니다. 또한 고체 레이저와 같은 광학 센서 및 전력 전송 시스템 용 일부 전력 장치의 액세서리 또는 보완 품으로 사용됩니다.
현재 이러한 유형의 요소는 국내 및 산업 응용 분야에서 통신, 제어 시스템 및 신호 처리 분야의 기술 개발에 사용되고 있습니다.
종류
존재하는 불순물과 다양한 환경 자극에 대한 물리적 반응에 따라 다양한 유형의 반도체 재료가 있습니다.
진성 반도체
분자 구조가 단일 유형의 원자로 구성된 요소입니다. 이러한 유형의 고유 반도체 중에는 실리코와 게르마늄이 있습니다.
고유 반도체의 분자 구조는 사면체입니다. 즉, 아래 이미지에서 볼 수 있듯이 4 개의 주변 원자 사이에 공유 결합이 있습니다.
진성 반도체의 각 원자는 4 개의 원자가 전자를 가지고 있습니다. 즉, 각 원자의 가장 바깥 쪽 껍질에서 궤도를 도는 4 개의 전자. 차례로, 이러한 각 전자는 인접한 전자와 결합을 형성합니다.
이런 식으로 각 원자는 가장 표면층에 8 개의 전자를 가지고있어 결정 격자를 구성하는 전자와 원자 사이에 단단한 결합을 형성합니다.
이 구성으로 인해 전자는 구조 내에서 쉽게 이동하지 않습니다. 따라서 표준 조건에서 고유 반도체는 절연체처럼 작동합니다.
그러나 일부 원자가 전자가 열 에너지를 흡수하고 결합에서 분리되기 때문에 진성 반도체의 전도도는 온도가 상승 할 때마다 상승합니다.
이러한 전자는 자유 전자가되며 전위차에 의해 적절히 지시되면 결정 격자 내의 전류 흐름에 기여할 수 있습니다.
이 경우 자유 전자는 전도대로 점프하여 전위 소스 (예 : 배터리)의 양극으로 이동합니다.
원자가 전자의 이동은 분자 구조에 진공을 유도하여 시스템의 양전하에 의해 생성되는 것과 유사한 효과로 변환되며, 이것이 양전하의 운반자로 간주되는 이유입니다.
그런 다음 일부 전자가 전도대에서 원자가 껍질로 떨어지고 그 과정에서 에너지를 방출 할 수 있으므로 역효과가 발생합니다.이를 재조합이라고합니다.
외인성 반도체
고유 전도체 내에 불순물을 포함하여 준수합니다. 즉, 3가 또는 5가 요소를 통합합니다.
이 공정은 도핑으로 알려져 있으며 그 목적은 물질의 전도도를 높이고 물리적 및 전기적 특성을 개선하는 것입니다.
고유 반도체 원자를 다른 구성 요소의 원자로 대체함으로써 두 가지 유형의 외부 반도체를 얻을 수 있습니다.
P 형 반도체
이 경우 불순물은 3가 반도체 소자입니다. 즉, 원자가 껍질에 3 개의 전자가 있습니다.
구조 내의 침입 요소를 도핑 요소라고합니다. P 형 반도체에 대한 이러한 원소의 예로는 붕소 (B), 갈륨 (Ga) 또는 인듐 (In)이 있습니다.
고유 반도체의 4 개의 공유 결합을 형성하기 위해 원자가 전자가 부족한 P 형 반도체는 누락 된 결합에 갭이 있습니다.
이것은 결정 격자에 속하지 않는 전자가 양전하를 운반하는이 구멍을 통해 통과하게합니다.
본드 갭의 양전하로 인해 이러한 유형의 전도체는 문자 "P"로 지정되며 결과적으로 전자 수용체로 인식됩니다.
결합의 구멍을 통한 전자의 흐름은 자유 전자에서 파생 된 전류와 반대 방향으로 순환하는 전류를 생성합니다.
N 형 반도체
구성의 침입 요소는 5가 요소로 제공됩니다. 즉, 가전 자대에 5 개의 전자가있는 것입니다.
이 경우 진성 반도체에 포함되는 불순물은 인 (P), 안티몬 (Sb) 또는 비소 (As)와 같은 원소입니다.
도펀트에는 결합 할 공유 결합이없는 추가 원자가 전자가있어 자동으로 결정 격자를 통해 자유롭게 이동할 수 있습니다.
여기서 전류는 도펀트가 제공하는 과잉의 자유 전자 덕분에 물질을 통해 순환합니다. 따라서 N 형 반도체는 전자 공여체로 간주됩니다.
형질
반도체는 이중 기능, 에너지 효율성, 다양한 애플리케이션 및 저렴한 비용이 특징입니다. 반도체의 두드러진 특성은 다음과 같습니다.
-응답 (전도성 또는 절연성)은 주변 환경의 조명, 전기장 및 자기장에 대한 요소의 민감도에 따라 달라질 수 있습니다.
-반도체가 저온에 노출되면 전자는 가전 자대에서 결합 된 상태를 유지하므로 전류 순환을 위해 자유 전자가 발생하지 않습니다.
반면에 반도체가 고온에 노출되면 열 진동이 원소 원자의 공유 결합 강도에 영향을 미쳐 전기 전도를위한 자유 전자를 남길 수 있습니다.
-반도체의 전도도는 진성 반도체 내의 불순물 또는 도핑 원소의 비율에 따라 달라집니다.
예를 들어, 100 만 개의 실리콘 원자에 10 개의 붕소 원자가 포함 된 경우이 비율은 순수한 실리콘의 전도도에 비해 화합물의 전도도를 천 배 증가시킵니다.
-반도체의 전도도는 사용되는 화학 원소의 종류에 따라 1 ~ 10 -6 S.cm -1 사이의 간격으로 다릅니다 .
-복합 또는 외부 반도체는 고유 반도체의 특성보다 훨씬 우수한 광학적 및 전기적 특성을 가질 수 있습니다. 그 예로는 주로 무선 주파수 및 기타 광전자 응용 분야에 사용되는 갈륨 비소 (GaAs)가 있습니다.
응용
반도체는 집적 회로와 같이 일상 생활의 일부인 전자 소자 조립의 원료로 널리 사용됩니다.
집적 회로의 주요 요소 중 하나는 트랜지스터입니다. 이러한 장치는 특정 입력 신호에 따라 출력 신호 (진동, 증폭 또는 정류)를 제공하는 기능을 수행합니다.
또한 반도체는 전류가 한 방향으로 만 흐르도록 전자 회로에 사용되는 다이오드의 주요 재료이기도합니다.
다이오드 설계를 위해 P 형과 N 형 외인성 반도체 접합이 형성되며, 전자 도너와 캐리어 요소를 교대로 사용하면 두 영역 사이에서 균형 메커니즘이 활성화됩니다.
따라서 두 영역의 전자와 정공은 필요한 경우 서로 교차하고 보완합니다. 이것은 두 가지 방법으로 발생합니다.
-N 형 영역에서 P 영역으로 전자 이동이 일어나며, N 형 영역은 주로 양전하 영역을 얻습니다.
-P 형 영역에서 N 형 영역으로 전자를 포함하는 정공의 통로가 있으며 P 형 영역은 주로 음전하를 얻습니다.
마지막으로, 한 방향으로 만 전류의 순환을 유도하는 전기장이 형성됩니다. 즉, 영역 N에서 영역 P로.
또한 고유 반도체와 외부 반도체의 조합을 사용하면 부피가 수백 배인 진공관과 유사한 기능을 수행하는 장치를 만들 수 있습니다.
이러한 유형의 애플리케이션은 상당한 양의 전기 에너지를 커버하는 마이크로 프로세서 칩과 같은 집적 회로에 적용됩니다.
반도체는 텔레비전, 비디오 플레이어, 음향 장비와 같은 브라운 라인 장비와 같이 우리가 일상 생활에서 사용하는 전자 장치에 존재합니다. 컴퓨터와 휴대폰.
예
전자 산업에서 가장 널리 사용되는 반도체는 실리콘 (Si)입니다. 이 물질은 일상 생활의 일부인 집적 회로를 구성하는 장치에 존재합니다.
실리콘 게르마늄 합금 (SiGe)은 일렉트릭 기타와 같은 전자 기기의 레이더 및 증폭기를위한 고속 집적 회로에 사용됩니다.
반도체의 또 다른 예는 신호 증폭기, 특히 높은 이득과 낮은 잡음 레벨의 신호에 널리 사용되는 갈륨 비소 (GaAs)입니다.
참고 문헌
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