Semiconductor Device and Design - 13~14

1. 반도체 소자의 기본 원리

반도체 소자의 기본 원리는 반도체 재료의 전기적 특성을 이용하여 전류의 흐름을 제어하는 것이다. 반도체 재료는 주로 실리콘(Si)이 사용되며, 순수한 실리콘은 전기 전도도가 낮아 절연체와 유사하다. 그러나 일정한 도핑(Doping) 과정을 통해 전도성을 조절할 수 있다. 도핑은 실리콘에 소량의 불순물 원소를 첨가하는데, 예를 들어, 전자가 부족한 P형 반도체는 붕소(Boron)를, 전자가 과다한 N형 반도체는 인 phosphorus를 첨가하여 만든다. 이때 도핑 수준이 높아질수록 전도도는 증가하지만, 소자의 특성에 따라 적절한 도핑 농도는 다르게 결정된다.

반도체 소자는 PN 접합(PN Junction) 구조를 핵심으로 하며, 이는 두 가지 서로 다른 도핑된 영역이 접합된 형태이다. PN 접합은 전기장 형성을 통해 전류의 흐름을 제어한다. P-형에서 N-형으로 전압을 걸면, 내부에 전기장이 형성되고, 이 전기장은 일부 전자를 접합 부근에서 다시 밀어내어 순수한 도체에 가까운 상태로 만든다. 그런데 역방향 바이어스인 경우는 전류가 거의 흐르지 않으며, 이 특성 덕분에 다이오드, 트랜지스터 등 다양한 반도체 소자가 만들어질 수 있다. …