반도체 도핑에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 도핑된 불순물들은 모두 활성화되었다고 가정한다)
2013년 국가직 9급 전자공학개론 1번
2013년도 시행 • 1번 문항
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정답: 3번
■ 1단계: 반도체 도핑에 의한 캐리어 타입 확인
• 실리콘(4족 원소)에 5족 불순물(도너)을 도핑하면 여분의 전자가 생성되어 전자가 다수 캐리어인 $n$형 반도체가 됩니다. (①번 옳은 설명)
■ 2단계: 도핑 농도와 캐리어 이동도($\mu$) 관계 검토
• 불순물 도핑 농도가 증가하면 이온화된 불순물에 의한 산란(Impurity Scattering)이 증가하므로 전자의 이동도는 감소합니다. (②번 옳은 설명)
■ 3단계: 도핑 농도와 저항도($\rho$) 및 소수 캐리어 농도 검토 (보기 ③ 판별)
• $n$형 반도체의 전도도 $\sigma \approx q N_D \mu_n$에서 도핑 농도 $N_D$가 증가할 때 이동도 감소분보다 캐리어 농도 증가분이 지배적이므로 전도도 $\sigma$는 증가합니다.
• 저항도(비저항)는 전도도의 역수($\rho = 1/\sigma$)이므로 도핑 농도를 높이면 저항도는 감소합니다. 따라서 저항도가 증가한다는 설명은 옳지 않습니다. (③번 옳지 않음)
• 질량 작용 법칙($n_o p_o = n_i^2$)에 따라 전자 농도($n_o \approx N_D$)가 증가하면 소수 캐리어인 정공의 농도($p_o = n_i^2 / N_D$)는 감소합니다. (④번 옳은 설명)
■ 최종 결과:
• 옳지 않은 설명은 ③번
• 실리콘(4족 원소)에 5족 불순물(도너)을 도핑하면 여분의 전자가 생성되어 전자가 다수 캐리어인 $n$형 반도체가 됩니다. (①번 옳은 설명)
■ 2단계: 도핑 농도와 캐리어 이동도($\mu$) 관계 검토
• 불순물 도핑 농도가 증가하면 이온화된 불순물에 의한 산란(Impurity Scattering)이 증가하므로 전자의 이동도는 감소합니다. (②번 옳은 설명)
■ 3단계: 도핑 농도와 저항도($\rho$) 및 소수 캐리어 농도 검토 (보기 ③ 판별)
• $n$형 반도체의 전도도 $\sigma \approx q N_D \mu_n$에서 도핑 농도 $N_D$가 증가할 때 이동도 감소분보다 캐리어 농도 증가분이 지배적이므로 전도도 $\sigma$는 증가합니다.
• 저항도(비저항)는 전도도의 역수($\rho = 1/\sigma$)이므로 도핑 농도를 높이면 저항도는 감소합니다. 따라서 저항도가 증가한다는 설명은 옳지 않습니다. (③번 옳지 않음)
• 질량 작용 법칙($n_o p_o = n_i^2$)에 따라 전자 농도($n_o \approx N_D$)가 증가하면 소수 캐리어인 정공의 농도($p_o = n_i^2 / N_D$)는 감소합니다. (④번 옳은 설명)
■ 최종 결과:
• 옳지 않은 설명은 ③번