Semiconductor   반도체

1. 반도체 (Semiconductor)

  ㅇ 금속에서의 자유전자와는 달리,
     - 원자와 그에 속박된 전자와의 상호작용에 의해 형성되는 에너지밴드 갭에 의해,
     - 절연체나 전도체의 중간적 성질을 갖는 물질    ☞ 도체 부도체 반도체 비교 참조

  ㅇ 각 원자가 4개의 원자에 의해 둘러싸여있고 4개의 최외각 전자를 공유
     - 원자가 주기적으로 배열된 결정구조를 갖음     ☞ 다이아몬드 결정구조 참조

  ※ 반도체의 응용/발명
     - 1947년 트랜지스터 (Bardeen,Bratten,Shockley)
     - 1959년 집적회로 (Jack Kilby)


2. 반도체의 특징

  ㅇ 최외각전자에 의한 공유결합
     - 최외각 전자가 4개이며, 4개의 공유결합을 통해 결정을 이룸
         

  ㅇ 온도,조명,자계,불순물 농도에 대한 민감성
     - 이러한 민감성이 특정 응용별로 좋은 장점을 갖음

  ㅇ 전기전도성의 인위적 정밀 조절 가능
     - 반도체 재료 선택, 제조 공정, 모양/형태, 외부 바이어스 등에 의해 조절 가능
        . 전기적 특성이, 주로, 불순물 캐리어농도에 의존함
        . 즉, 주입 불순물의 종류 및 량에 의해 전류 제어가 가능
     - 전기적 성질의 원인
        . 반도체 접합 점/면에서, 전자 또는 정공인 전하 운반체의 이동 현상
           .. 확산 현상 (Diffusion) : 불순물 농도가 큰 쪽에서 낮은 쪽으로 이동
           .. 드리프트 현상 (Drift) : 외부 인가 전계에 의해 이동
     - 금속과의 전기전도도 비교
        . 비록 반도체 내 전하 이동도가 금속 보다 크지만, 
        . 캐리어 농도가 훨씬 작아 금속에서의 전기전도도가 더 크게 됨

  ㅇ 에너지 밴드 갭
     - 전도대 및 가전자대 사이에 금지된 에너지 밴드 갭이 있게됨

  ㅇ 결정구조
     - 다이아몬드 결정구조

  ㅇ 반도체 결함
     - 불순물 원자(의도적 주입,제조상 불가피한 혼입) 및 결정결함


3. 반도체의 분류 

  ㅇ 불순물 포함 여부에 따라
     - 진성 반도체 (intrinsic, 진성)
        . 불순물 원자나 결정 결함을 포함하지 않는 순수한 반도체
     - 불순물 반도체 (extrinsic, 외인성)
        . 불순물을 포함. 어느 한 종류의 반송자가 다른 종류에 비해 많음
        . p형 반도체,n형 반도체,보상 반도체

  ㅇ 반도체 원소 구성에 따라
     - 원소 반도체 (Element Semiconductor)
        . Si, Ge 등 (4족 원소)   ☞ Si Ge 비교 참조
     - 화합물 반도체 (Compound Semiconductor)
        . 이원계 화합물 반도체
           .. 3족-5족 : GaAs (갈륨 비소), GaP (갈륨 인), GaSb, InP (인듐인), InAs, InSb 등
           .. 2족-6족 : ZnSe, ZnTe (텔루르화 아연), CdS (황화 카드뮴), CdTe 등
           .. 4족-4족 : SiC (실리콘 카바이드) 
        . 삼원계 화합물 반도체 : AlxGa1-xAs 등
        . 사원계 화합물 반도체 : AlxGa1-xAsySb1-y 등
     - 산화물 반도체 (Oxide Semiconductor)
        . SnO2, ZnO, Cu2O 등
        . 주로, 가스 센서에 많이 쓰임
           .. 산화물 반도체가 가스를 흡수하면 전기저항이 변하는 현상 등을 이용

  ㅇ 반도체 내 전하캐리어의 생성,소멸 방식에 따라
     - 직접 천이형 반도체 : 例) GaAs, GaN 등과 같은 화합물 반도체
     - 간접 천이형 반도체 : 例) Si,Ge 등


4. 반도체의 전하캐리어 거동

  ㅇ 반도체 내 전하캐리어의 생성/소멸 ☞ 직접 재결합,간접 재결합 등 참조

  ㅇ 반도체 내 전하캐리어의 이동 ☞ 전하 이동 (표동, 확산) 참조

  ※ 반도체의 물성 특성량 : 전도도, 고유저항, 이동도, 캐리어 농도 등


5. 반도체의 제조 

  ※ ☞ 단결정 성장, 웨이퍼 참조
     - 고 순도 단결정 : 정확한 전기 전도 특성의 제어를 위해 순수한 단결정이어야 함

  ※ ☞ 반도체 집적공정 참조 
     - 순수 단결정으로부터 디바이스 제작에 이르는 공정 기술