[물리전자] 1.1 반도체 물질(Seiconductor Materials)

 

1.1 Semiconductor Materials

 

반도체란 금속과 절연체 사이의 전도성을 갖는 재료를 말합니다. 반도체를 나누는 일반적인 두 가지 분류가 있습니다.

첫 번째는 주기율표 상에서 4족에 위치해 있는 반도체입니다.

이를 the elemental semiconductor materials라고 합니다.

이러한 반도체는 Silicon 또는 Germanium과 같이 한 종류의 원소로 구성되어 있습니다.

Silicon은 가장 흔한 반도체 재료로 알려져 있습니다.

 

두 번째는 주기율표 상의 3족과 5족의 원소들로 이루어진 혼합물 반도체입니다.

이를 the compound semiconductor materials라고 합니다.

이러한 반도체는 두 가지 혹은 그 이상의 원소들로 구성되어 있습니다.

하나의 화합물이 두 가지(binary) 혹은 세 가지(ternary) 원소들로 이루어져 있습니다.

가장 많이 쓰이는 혼합물 반도체 중 하나가 바로 GaAs(Galium Arsenide)입니다.

좋은 광학적 특징을 가지고 있기 때문에 광학장비에 활용되며 뿐만 아니라 빠른 동작이 필요한 디바이스를 만들 때도 사용됩니다. 한편, AlxGa1-xAs와 같은 세 종류의 원소로 구성된 화합물도 만들 수 있습니다.

이때 아래 첨자의 x는 Aluminum과 Gallium의 비율을 말합니다.

이러한 방법으로 다양한 복잡한 반도체를 만들 수 있습니다.

(혼합물 반도체는 2족과 6족의 원소들로 이루어진 경우도 있습니다. 이러한 경우는 이 책에서 다루지 않습니다.)

 

다음은 주기율표의 일부분과, 몇 가지 반도체 재료들에 대한 목록입니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

추가적으로,

 

이번 포스트를 작성하면서 개인적으로 궁금증이 생겨 구글링을 해봤는데요.

왜 GaAs는 빠른 동작이 필요한 장비에 주로 사용되는지 알고 싶었습니다.

관련 논문에서 이유를 찾을 수 있었는데, 바로 GaAs의 기본적인 특성 때문입니다. 그 특성은 다음과 같습니다.

 

1) high electron mobility

2) high electron drift velocity

3) stable Schottky barrier height at room temperature

4) the existence of thermally stable semi-insulating substrates

5) the ability to form a variety of heterojunctions on these materials

 

GaAs의 이러한 특징들을 활용하여, 빠른 동작을 필요로 하는 device에 사용됩니다.

 

 

 

참고 문헌

Kuzuhara, Masaaki, and Shinichi Tanaka. "GaAs-based high-frequency and high-speed devices."JSAP Int7 (2003): 1-11.

 

 

 

 

다음 글에서는, 고체 크리스탈 구조에 대해서 다뤄보겠습니다.

감사합니다!