반도체 온도에 따른 캐리어 농도, 이동도, 전도도 거동

1. 온도에 따른 캐리어 농도의 거동

<동결지역>

100K 이하의 낮은 온도에서는 전자 농도는 온도 감소에 따라 급격하게 감소하여, 0K에서는 0에 접근하고 있다. 이 온도구간에서는 열에너지가 전자를 도너 에어지 준위로부터 전도대로 여기시키기에 충분치 못하다. 그러므로 전자들이 도펀트 원자들에 얼어붙어 있다고 하여 ‘동결 온도 지역’이라고 부른다.

 

<외인성 영역>

150~475K 사이의 중간 온도에서 재료는 n형을 나타내고, 전자 농도는 일정하게 유지되고, 이것을 ‘외인성 온도 구간’이라 한다. 자유 전자 농도가 도너의 농도와 대략적으로 유사한 값을 보이기 때문에, 실제적으로 모든 도너 원자들은 이온화 된 것이다.

 

<진성 영역>

높은 온도구간에서는 온도 증가에 따라 전자 농도가 도너 농도 이상으로 진성 곡선을 따라 급격하게 증가하고 있다. 이 높은 온도구간에서는 반도체가 진성 거동을 하므로, 이 구간을 ‘진성 온도 지역’이라고 부른다.

 

2. 온도에 따른 이동도 거동

온도가 높아질수록 대체적으로 캐리어의 농도가 감소하고 있다는 것을 볼 수 있다. 이와 같은 효과는 운반자들의 열적인 산개(thermal scattering)가 증가하고 있기 때문이다.

 

3. 온도에 따른 이동도 거동

진성 반도체의 전기전도도 = (단위부피당 정공의 수*하나의 전자가 보유하는 절대 전하량*정공의 이동도) + (단위부피당 전자의 수*하나의 전자가 보유하는 절대 전하량*전자의 이동도)

 

위의 식을 바탕으로 생각해보면, 하나의 전가가 보유하는 절대 전하량은 고정된 값이기 때문에, 나머지 두 개의 변수인 캐리어(전자, 정공)의 농도와 이동도에 의해서 최종적으로 전기 전도도가 결정됩니다.

 

온도에 따른 캐리어의 농도 거동과 이동도 거동을 함께 고려하여 전기 전도도 거동을 살펴보면 됩니다.