양공
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1. 개요
양공은 반도체 결정 내에서 전자가 빠져나간 자리를 의미하며, 마치 양의 전하를 띠는 입자처럼 행동하여 전기 전도에 기여한다. 양공은 자유 전자와 유사하게 전하를 운반하는 캐리어 역할을 하며, 양공에 의한 전기 전도성을 P형이라고 한다. 양공의 이동도는 일반적으로 자유 전자보다 작으며, 유효 질량에 따라 무거운 양공과 가벼운 양공으로 구분된다. 반도체 소자에서는 양공의 특성을 활용하여 성능을 개선하기도 한다.
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양공 | |
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지도 정보 | |
기본 정보 | |
휘 | 齊襄公 |
성 | 姜 (강) |
씨 | 呂 (려) |
이름 | 諸兒 (제아) |
시호 | 襄公 (양공) |
출생 | 기원전 731년 |
사망 | 기원전 698년 |
재위 기간 | 기원전 730년 ~ 기원전 698년 |
부친 | 제 희공 |
모친 | 왕희 |
배우자 | 왕희 |
제나라 역대 군주 | |
이전 | 제 희공 |
다음 | 제 환공 |
기타 정보 | |
로마자 표기 | Qí Xiāng Gōng |
2. 성질
반도체 결정에서 양공은 주변 원자가띠의 전자가 순차적으로 이동하면서 마치 양(+)의 전하를 가진 전자처럼 행동하여 전기전도도에 기여한다.
2. 1. 캐리어의 재결합
반도체 결정에서 양공은 주위의 원자가띠에서 순서대로 전자가 빠져나가면서 생긴다. 이 과정을 반복하며 결정 내부를 돌아다니는데, 마치 양의 전하를 가진 전자처럼 행동하여 전기전도도에 기여한다. 양공은 전도 전자(자유 전자)와 만나면 원자가띠 사이의 에너지 준위 차이만큼 큰 에너지를 열이나 빛으로 방출하고 소멸한다. 이를 '''캐리어의 재결합'''이라고 부른다.2. 2. P형 반도체
반도체 결정에 억셉터를 도핑하면 원자가띠가 열 에너지에 의해 억셉터 준위로 천이되어 양공의 농도가 높아진다. 이러한 반도체를 P형 반도체라고 부른다. 양공은 자유전자와 비슷하게 전하를 옮기는 캐리어로 행동할 수 있으며, 양공에 의한 전기 전도성을 'P형'이라고 한다.일반적으로 양공의 드리프트 이동도(이동도)는 자유 전자보다 작고, 실리콘 결정에서는 전자의 1/3 정도이다. 드리프트 속도는 각각의 전자나 양공이 가지는 속도가 아니고 평균적인 속도이다.
원자가띠의 맨 위에는 E-k 공간상에서 형상이 다른 복수의 밴드가 축퇴되고, 여기에 대응해서 양공의 밴드도 유효질량이 다른 '''무거운 양공'''(heavy hole|헤비 홀영어)과 '''가벼운 양공'''(light hole|라이트 홀영어)의 밴드로 나뉜다. 실리콘처럼 스핀-궤도 상호작용(spin–orbit interaction|스핀-궤도 상호작용영어)이 적은 원소에서 스핀 궤도 스프릿트 오프밴드(스핀 분열밴드)도 에너지적으로 가까워서(Δ=44 meV) 독립적으로 논의하기 어렵다. 이동도가 매우 중요한 반도체 소자에서는 결정의 일그러짐을 도입하여 원자가띠 정상의 축퇴를 품는 동시에 양자 준위를 바꿔서 가벼운 양공을 주로 이용해 포논(phonon|포논영어) 산란이나 캐리어의 실제 유효질량 감소를 도모하기도 한다.
2. 3. 이동도
일반적으로 양공의 드리프트 이동도(이동도)는 자유 전자보다 작고, 실리콘 결정에서는 전자의 1/3 정도이다. 드리프트 속도는 각각의 전자나 양공이 가지는 속도가 아니고 평균적인 속도인 것에 주의할 필요가 있다.2. 4. 유효 질량
원자가띠의 맨 위에는 E-k 공간상에서 형상이 다른 복수의 밴드가 축퇴되고, 여기에 대응해서 양공의 밴드도 유효질량이 다른 '''무거운 양공'''(heavy hole영어)과 '''가벼운 양공'''(light hole영어)의 밴드로 나뉜다. 실리콘의 스핀-궤도 상호작용(spin–orbit interaction영어)이 적은 원소에서 스핀 궤도 스프릿트 오프밴드 (스핀 분열밴드)도 에너지적으로 가까워서 (Δ=44 meV) 독립적으로 논의하는 것은 그만큼 어려워진다. 이동도가 매우 중요한 반도체 소자에서는 결정의 일그러짐을 도입하여 원자가띠 정상의 축퇴를 품는 동시에 양자 준위를 바꿔서 가벼운 전공을 주로 이용해 포논(phonon영어) 산란이나 캐리어의 실제 유효질량의 감소를 도모하는 경우가 있다.2. 5. 반도체 소자에서의 활용
이동도가 매우 중요한 반도체 소자에서는 결정의 뒤틀림을 도입하여 원자가띠 정상의 축퇴를 품는 동시에 양자 준위를 바꿔서 가벼운 양공을 주로 이용해 포논(phonon) 산란이나 캐리어의 실제 유효질량 감소를 도모하는 경우가 있다.3. 어원
hole|홀영어은 구멍을 뜻하며, 전자가 있어야 할 자리에 전자가 없는 상태를 "구멍"에 비유한 것이다. 홀 효과의 "홀"(Hall|홀영어)은 사람 이름에서 유래한 것으로, 양공과는 관련이 없다.
4. 참고 도서
니시자와 준이치(西澤潤一일본어), 자시 노부오(御子柴宣夫일본어) 공저 "반도체물리 개정판" (바이가제서점(培風館일본어), 1991년)
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