1.9 n과 p의 일반적 이론

1.9 n과 p의 일반적 이론 

 

 > Donor, Acceptor 에너지 준위를 Ed, Ea라고 한다.

 

 > Ed는 보통 Ef 위에 위치하게 되면 거의 모든 Donor 원자들이 이온화가 되었다고 한다. 

 

 > Ef는 전자가 있을 확률이므로 Ed가 Ef에 있으면 Donor의 전자들은 거의 비어있다.

 

 > Donor 원자의 여분의 전자들을 잃어버렸다고 생각하면 된다. 

 

 > N ytpe 기준 반도체에 Doping하고 Dopant가 거의 이온화 시키기 위해서는 이온화 에너지가 Fermi Level보다 높게 위치하면 된다. 

 

 > P type은 Ea 가 Ef보다 낮은 에너지 준위를 가지면 된다. (Valence Band와 가깝게)

 

 > 반도체 내 전하를 띤 종류를 4가지 존재한다. 

 

 > 전자 n, 정공 p, Donor 양이온 Nd, Acceptor 음이온 Na 이다.

 

 > Nd - Na 가 ni (10^10 cm^-3) 보다 많으면 N type, 적으면 P type 이다. 

 

> N type의 경우 다음과 같은 관계가 성립 (Nd >> Na)

> P type의 경우 다음과 같은 관계가 성립 (Na >> Nd)

> 따라서 Donor, Acceptor 이온의 양을 조절하여 P type에서 N type으로 바꿀 수 있다. (Dopant Compensation)

 

그림 1. (a) 이온화 된 Ed (b) 이온화 된 Ea

 

 1.9 General Theory of n and p

 > The energy levels for donors and acceptors are denoted as Ed and Ea, respectively.

 > Ed is typically placed above Ef; when this happens, nearly all donor atoms are ionized.

 

 > Since Ef represents the probability of electron presence, if Ed is at Ef, donor electrons are mostly absent.

 

 > You can think of donor atoms as having lost their surplus electrons.

 

 > To ionize dopants and make them contribute to N-type semiconductors, ionization energy should be positioned higher than the Fermi level.

 

 > P-type requires Ea to have energy levels lower than Ef (closer to the valence band).

 

 > Four charge carriers exist within a semiconductor: electrons (n), holes (p), donor cations (Nd), and acceptor anions (Na).

 

 > If Nd - Na is greater than ni (10^10 cm^-3), it's N-type; if it's smaller, it's P-type.

 

 > In N-type, the following relationship holds (Nd >> Na).

 > In P-type, the following relationship holds (Na >> Nd). 

 > Hence, by controlling the quantity of donor and acceptor ions, you can transition from P-type to N-type (Dopant Compensation).

Figure 1. (a) 이온화 된 Ed (b) 이온화 된 Ea

 

 

Reference 

-. Chenming Calvin Hu, Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits, PEARSON(2013)