반도체의 전류
도체와 유전체 사이에는 저항이 있습니다. 반도체… 실리콘, 게르마늄, 텔루륨 등 — 주기율표의 많은 원소와 그 화합물은 반도체에 속합니다. 많은 무기 물질은 반도체입니다. 실리콘은 본질적으로 다른 것보다 넓습니다. 지구의 지각은 그것의 30%로 구성되어 있습니다.
반도체와 금속의 주요 차이점은 저항의 음의 온도 계수에 있습니다. 반도체의 온도가 높을수록 전기 저항이 낮아집니다. 금속의 경우 반대입니다. 온도가 높을수록 저항이 커집니다. 반도체가 절대 영도까지 냉각되면 유전체.
온도에 대한 반도체 전도도의 이러한 의존성은 농도가 무료 택시 운전사 반도체에서 일정하지 않고 온도에 따라 증가합니다.반도체를 통한 전류 통과 메커니즘은 금속에서와 같이 자유 전자 가스 모델로 축소될 수 없습니다. 이 메커니즘을 이해하기 위해 예를 들어 게르마늄 결정에서 볼 수 있습니다.
정상 상태에서 게르마늄 원자는 외부 껍질에 4개의 원자가 전자(핵에 느슨하게 결합된 4개의 전자)를 포함합니다. 또한, 게르마늄 결정 격자의 각 원자는 4개의 이웃 원자로 둘러싸여 있습니다. 그리고 여기서 결합은 공유 결합입니다. 즉, 원자가 전자 쌍에 의해 형성됩니다.
각각의 원자가 전자는 동시에 두 개의 원자에 속하며 게르마늄 내부의 원자가 전자와 원자와의 결합은 금속보다 강하다는 것이 밝혀졌습니다. 그렇기 때문에 실온에서 반도체는 금속보다 몇 배 더 나쁜 전류를 전도합니다. 그리고 절대 영도에서 게르마늄의 모든 원자가 전자는 결합으로 점유되고 전류를 제공할 자유 전자가 없을 것입니다.
온도가 증가함에 따라 일부 원자가 전자는 공유 결합을 끊기에 충분한 에너지를 얻습니다. 이것이 자유 전도 전자가 발생하는 방식입니다. 단절 구역에 공석 유형이 형성됩니다. 전자가 없는 구멍.
이 정공은 이웃 전자쌍의 원자가 전자에 의해 쉽게 채워질 수 있으며, 정공은 이웃 원자의 제자리로 이동합니다. 특정 온도에서 특정 수의 소위 전자-정공 쌍이 결정에 형성됩니다.
동시에 전자-정공 재결합 과정이 발생합니다. 즉, 자유 전자를 만나는 정공이 게르마늄 결정에서 원자 사이의 공유 결합을 복원합니다. 전자와 정공으로 구성된 이러한 쌍은 온도 작용으로 인해 반도체에서 발생할 수 있을 뿐만 아니라 반도체가 조명될 때, 즉 반도체에 입사되는 에너지로 인해 발생할 수 있습니다. 전자기 방사선.
반도체에 외부 전계가 가해지지 않으면 자유 전자와 정공이 무질서한 열 운동을 합니다. 그러나 반도체가 외부 전기장에 놓이면 전자와 정공이 규칙적으로 움직이기 시작합니다. 그렇게 태어난거야 반도체 전류.
전자 전류와 정공 전류로 구성됩니다. 반도체에서 정공과 전도 전자의 농도는 동일하며 순수 반도체에서만 그러합니다. 전자 정공 전도 메커니즘… 이것이 반도체 고유의 전기 전도도입니다.
불순물 전도(전자 및 정공)
반도체에 불순물이 있으면 순수 반도체에 비해 전기전도도가 크게 변한다. 실리콘 결정에 인 형태의 불순물을 0.001원자% 첨가하면 전도성이 100,000배 이상 증가합니다! 전도성에 대한 불순물의 이러한 중요한 영향은 이해할 수 있습니다.
불순물 전도성의 성장을 위한 주요 조건은 불순물의 원자가와 모원소의 원자가 사이의 차이입니다. 이러한 불순물 전도를 불순물 전도이며 전자와 정공이 될 수 있습니다.
게르마늄 결정은 비소와 같은 5가 원자가 도입되면 전자 전도성을 갖기 시작하지만 게르마늄 자체 원자의 원자가는 4입니다. 5가 비소 원자가 게르마늄 결정 격자 자리에 있을 때, 비소 원자의 4개의 외부 전자는 4개의 인접한 게르마늄 원자와 공유 결합에 관여합니다. 비소 원자의 다섯 번째 전자는 자유로워지고 쉽게 원자를 떠납니다.
그리고 전자가 남긴 원자는 반도체의 결정격자 자리에 양이온이 된다. 이것은 불순물의 원자가가 주요 원자의 원자가보다 클 때 소위 도너 불순물입니다. 여기에 많은 자유 전자가 나타나기 때문에 불순물이 도입되면 반도체의 전기 저항이 수천, 수백만 번 떨어집니다. 불순물이 많이 첨가된 반도체는 전도성이 금속에 근접합니다.
전자와 정공이 비소 도핑된 게르마늄 결정의 고유 전도성을 담당하지만 비소 원자를 떠난 전자가 주요 자유 전하 운반체입니다. 이러한 상황에서 자유전자의 농도가 정공의 농도를 크게 초과하게 되는데 이러한 전도도를 반도체의 전자전도도라고 하고 반도체 자체를 n형 반도체라고 한다.
5가 비소 대신 3가 인듐을 게르마늄 결정에 첨가하면 게르마늄 원자가 3개뿐인 공유 결합을 형성합니다. 네 번째 게르마늄 원자는 인듐 원자에 결합되지 않은 상태로 유지됩니다. 그러나 공유 전자는 인접한 게르마늄 원자에 의해 포획될 수 있습니다.그러면 인듐은 음이온이 되고 이웃한 게르마늄 원자는 공유 결합이 존재하는 빈 공간을 차지하게 됩니다.
불순물 원자가 전자를 포획할 때 이러한 불순물을 억셉터 불순물이라고 한다. 억셉터 불순물이 도입되면 결정에서 많은 공유 결합이 끊어지고 전자가 공유 결합에서 점프할 수 있는 많은 정공이 형성됩니다. 전류가 흐르지 않으면 정공이 결정 위에서 무작위로 움직입니다.
억셉터는 다량의 정공 생성으로 인해 반도체의 전도도를 급격히 증가시키고 이러한 정공의 농도는 반도체 고유의 전기 전도도의 전자 농도를 상당히 초과합니다. 이것이 정공 전도이며 반도체를 p형 반도체라고 합니다. 그것의 주요 전하 캐리어는 구멍입니다.