반도체 장치, 전자 회로 구성 요소는 우수한 도체도 아니고 절연체 (따라서 반도체)도 아닌 재료로 만들어졌습니다. 이러한 장치는 소형화, 신뢰성 및 저렴한 비용으로 인해 광범위한 응용 분야를 발견했습니다. 개별 부품으로서, 전력 장치, 광학 센서 및 고체 레이저를 포함한 광 방출기에서 사용되는 것을 발견했습니다. 이 제품은 몇 나노 암페어 (10-9)의 정격 전류로 광범위한 전류 및 전압 처리 기능을 갖추고 있습니다.암페어) ~ 5,000 암페어 이상, 정격 전압이 10 만 볼트를 초과합니다. 더욱 중요한 것은 반도체 장치가 복잡하지만 쉽게 제조 할 수있는 마이크로 전자 회로에 통합되는 것입니다. 이들은 통신, 소비자, 데이터 처리 및 산업 제어 장비를 포함한 대부분의 전자 시스템의 핵심 요소이며 앞으로도있을 것입니다.
반도체 및 접합 원리
반도체 재료
고체 재료는 일반적으로 절연체, 반도체 및 도체의 세 가지 클래스로 분류됩니다. (저온에서 일부 도체, 반도체 및 절연체는 초전도체가 될 수 있습니다.) 그림 1은 세 가지 등급 각각에서 중요한 재료와 관련된 전도도 σ (및 해당 저항 ρ = 1 / σ)를 보여줍니다. 용융 석영 및 유리와 같은 절연체 는 센티미터 당 10 -18 내지 10 -10 시멘스 정도의 매우 낮은 전도도를 가지며; 알루미늄과 같은 전도체는 전형적으로 센티미터 당 10 4 내지 10 6 지멘의 높은 전도도를 갖는다. 반도체의 전도도는 이러한 극단 사이에 있습니다.
반도체의 전도성은 일반적으로 온도, 조명, 자기장 및 미량의 불순물 원자에 민감하다. 예를 들어, 특정 유형의 불순물의 0.01 % 미만의 첨가는 반도체의 전기 전도도를 4 배 이상 (즉, 10,000 배) 증가시킬 수있다. 5 개의 공통 반도체에 대한 불순물 원자로 인한 반도체 전도성의 범위는 그림 1에 나와 있습니다.
반도체 재료에 대한 연구는 19 세기 초에 시작되었습니다. 수년에 걸쳐 많은 반도체가 연구되어 왔습니다. 표는 반도체와 관련된 주기율표의 일부를 보여줍니다. 원소 반도체는 열 IV의 실리콘 (Si), 게르마늄 (Ge) 및 회색 주석 (Sn)과 열 VI의 셀레늄 (Se) 및 텔 루륨 (Te)과 같은 단일 종의 원자로 구성된 것들이다. 그러나, 둘 이상의 원소로 구성된 수많은 화합물 반도체가 존재한다. 예를 들어 갈륨 비소 (GaAs)는 이진 III-V 화합물이며, 이는 열 III의 갈륨 (Ga)과 열 V의 비소 (As)의 조합입니다.
반도체 관련 원소 주기율표의 일부
| 기간 | 기둥 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| II | III | IV | V | VI | |
| 2 | 붕소
B |
탄소
C |
질소
N |
||
| 삼 | 마그네슘
마그네슘 |
알루미늄
Al |
실리콘
Si |
인
P |
황
S |
| 4 | 아연
Zn |
갈륨
Ga |
게르마늄
Ge |
비소
로 |
셀레늄
Se |
| 5 | 카드뮴
CD |
인듐
인 |
주석
Sn |
안티몬
Sb |
텔 루륨
테 |
| 6 | 수은
Hg |
납
Pb |
|||
3 차 화합물은 예를 들어 II-III-VI 화합물 인 수은 인듐 텔루 라이드 (HgIn 2 Te 4)와 같은 3 개의 상이한 컬럼으로부터의 원소에 의해 형성 될 수있다. 이들은 또한 3가 III-V 화합물 인 알루미늄 갈륨 비소 (Al x Ga 1-x As) 와 같은 2 개의 컬럼으로부터의 원소들에 의해 형성 될 수 있으며, 여기서 Al과 Ga는 컬럼 III로부터 유래하고 아래 첨자 x는 관련된다 100 % Al (x = 1) 내지 100 % Ga (x = 0)의 두 원소의 조성. 순수 실리콘은 집적 회로 응용에 가장 중요한 재료이며 III-V 이진 및 삼원 화합물은 발광에 가장 중요합니다.
1947 년 바이폴라 트랜지스터의 발명 이전에, 반도체는 정류기 및 광 다이오드와 같은 2 단자 장치로서 만 사용되었다. 1950 년대 초 게르마늄은 주요 반도체 재료였습니다. 그러나 재료로 만들어진 장치는 온도가 적당히 높을 때 누설 전류가 높기 때문에 많은 응용 분야에 적합하지 않은 것으로 나타났습니다. 1960 년대 초반부터 실리콘은 실질적으로 반도체 제조 재료로 게르마늄을 대체하는 실질적인 대안이되었습니다. 그 주된 이유는 두 가지입니다. (1) 실리콘 장치는 누설 전류가 훨씬 적고 (2) 절연체 인 고품질 실리콘 이산화물 (SiO 2)은 생산하기 쉽습니다. 실리콘 기술은 현재 모든 반도체 기술 중에서 가장 발전된 기술이며, 실리콘 기반 장치는 전 세계적으로 판매되는 모든 반도체 하드웨어의 95 % 이상을 구성합니다.
많은 화합물 반도체는 실리콘에는없는 전기적 및 광학적 특성을 갖는다. 이러한 반도체, 특히 갈륨 비소는 주로 고속 및 광전자 응용 분야에 사용됩니다.
