반도체 물성과 소자 예제

게르마늄 (Ge)은 널리 사용되는 초기 반도체 재료였지만 열 감도는 실리콘보다 덜 유용합니다. 오늘날 게르마늄은 종종 매우 고속의 SiGe 장치에 사용하기 위해 실리콘으로 합금됩니다. IBM은 이러한 장치의 주요 생산자입니다. 반도체는 뚜렷한 전기적 특성을 가진 결정성 또는 비정질 고체입니다. 그들의 전기 저항은 높지만 절연체보다 낮습니다. Tetravalent 재료는 다양한 유형의 반도체를 달성하기 위해 삼자 또는 펜타발렌트 불순물로 도핑됩니다. 1947년 양극성 트랜지스터가 발명되기 전에는 반도체가 정류기 및 포토다이오드와 같은 2단자 장치로만 사용되었습니다. 1950년대 초, 게르마늄은 주요 반도체 소재였습니다. 그러나 재료로 만들어진 장치가 적당히 높은 온도에서 높은 누설 전류를 나타내기 때문에 많은 응용 분야에 적합하지 않은 것으로 판명되었습니다. 1960년대 초부터 실리콘은 실용적인 대체품이 되었으며, 사실상 게르마늄을 반도체 제조재료로 대체했습니다. 이에 대한 주된 이유는 두 가지입니다 : (1) 실리콘 장치는 훨씬 낮은 누설 전류를 나타내며 (2) 절연체인 고품질 이산화 규소 (SiO2)는 생산하기 쉽습니다. 실리콘 기술은 현재 모든 반도체 기술 중에서 가장 진보되었으며 실리콘 기반 장치는 전 세계적으로 판매되는 모든 반도체 하드웨어의 95% 이상을 차지합니다.

불순물과 결함은 기증자와 수용자로 나뉩니다. 기증자는 반도체의 벌크에 과잉 전자를 기여하고 이렇게 n형 (전자) 전도를 만듭니다. 수용자는 그들이 소개되는 물질의 원자성 전자를 캡처; 그 결과, 구멍이 형성되고 p형(구멍) 전도가 발생한다(그림 4). 기증자의 전형적인 예는 Ge 및 Si에서 그룹 V 원소(P, As, Sb)의 불순물 원자이다. 공여자 원자가 결정 격자에 들어가면 세포 중 하나에서 Ge 원자를 대체합니다. 다섯 개의 원자 전자 중 네 개는 이웃 Ge 원자와 공유 결합을 형성합니다. 다섯 번째 전자는 모든 결합이 이미 포화 상태이기 때문에 격자에 대한 과잉 전자입니다. 그것은 어떤 단위 셀에 국한되지 않으며 전도 전자가됩니다. 이 경우 불순물 원자는 +1의 전하를 얻고 전자를 끈다. 전자와 불순물 이온의 경계 상태가 발생할 수 있습니다. 그러나 이러한 결합은 반도체의 높은 편광성에 의해 불순물 이온에 대한 전자의 정전기 적 인감이 감소되고, 전자가 국소화되는 불순물 근처의 영역의 치수가 수십 개이기 때문에 매우 약합니다.

결정의 단위 셀 크기보다 더 큰 시간입니다. 불순물의 이온화 에너지는 Ge에서 ~0.01 eV이고 Si에서는 ~0.04 eV이다. 77°K의 온도에서도 대부분의 불순물이 이온화되어 반도체에는 공체 불순물의 농도에 의해 농도가 결정되는 전도 전자가 포함되어 있습니다. Brattain은 이러한 장치를 구축하기 시작했고, 팀이 문제를 해결하는 동안 증폭의 힌트가 계속 나타났습니다. 때로는 시스템이 작동하지만 예기치 않게 작동을 중지합니다. 한 예로, 물에 넣었을 때 비작업 시스템이 작동하기 시작했습니다. Ohl과 Brattain은 결국 행동을 설명하기 위해 표면 물리학으로 알려지게 된 양자 역학의 새로운 지점을 개발했습니다. 결정의 한 조각에 있는 전자는 가까운 전하 때문에 대략 이동할 것입니다. 방출기의 전자 또는 수집기의 “구멍”은 크리스탈 표면에 클러스터되어 공기 (또는 물)에서 반대 전하가 “떠다니는”것을 발견 할 수 있습니다. 그러나 그들은 크리스탈의 다른 위치에서 소량의 전하를 적용하여 표면에서 밀릴 수 있습니다.

주입된 전자의 큰 공급을 필요로 하는 대신, 결정에 적당한 장소에 있는 아주 작은 수는 동일 일을 성취할 것입니다. 지금까지 실리콘 (Si)은 반도체 장치에서 가장 널리 사용되는 재료입니다.