불순물 반도체

불순물 반도체는 순수한 반도체 결정에 의도적으로 불순물을 첨가하여 전기적 특성을 변화시킨 반도체를 말한다. 순수한 반도체는 상온에서 전기가 잘 통하지 않지만, 특정 원소를 극소량 첨가함으로써 전도도를 크게 향상시킬 수 있다. 이러한 과정을 도핑(Doping)이라고 하며, 첨가되는 불순물을 도펀트(Dopant)라고 부른다. 불순물 반도체는 크게 n형 반도체와 p형 반도체로 나뉜다.

n형 반도체

n형 반도체는 5족 원소(예: 인(P), 비소(As), 안티모니(Sb))를 도펀트로 사용하여 만든다. 5족 원소는 최외각 전자가 5개이므로, 4개의 최외각 전자를 가진 실리콘(Si) 또는 저마늄(Ge) 결정에 첨가되면 1개의 잉여 전자가 발생한다. 이 잉여 전자는 결정 격자 내에서 자유롭게 이동할 수 있게 되어 전하 운반체 역할을 하며, 반도체의 전도도를 높인다. n형 반도체에서는 음전하를 띤 전자가 주된 전하 운반체이므로 'n(negative)'형이라 불린다.

p형 반도체

p형 반도체는 3족 원소(예: 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In))를 도펀트로 사용하여 만든다. 3족 원소는 최외각 전자가 3개이므로, 실리콘 또는 저마늄 결정에 첨가되면 전자가 하나 부족한 상태가 된다. 이 빈자리를 '정공(hole)'이라고 부르며, 정공은 양전하를 띤 것처럼 행동하여 전하 운반체 역할을 한다. 전자가 주변의 다른 원자로부터 정공으로 이동하면서 마치 정공이 이동하는 것처럼 보이게 된다. p형 반도체에서는 양전하를 띤 정공이 주된 전하 운반체이므로 'p(positive)'형이라 불린다.

활용

n형 반도체와 p형 반도체는 다이오드, 트랜지스터 등 다양한 반도체 소자의 핵심 구성 요소로 사용되며, 현대 전자 기기의 작동에 필수적인 역할을 수행한다. 이들을 적절히 조합하여 다양한 전기 회로를 구성함으로써 원하는 기능을 구현할 수 있다.