p형 반도체

p형 반도체는 전하 운반자 역할을 하는 양공의 수가 전자의 수에 비해서 훨씬 많이 있는 반도체이다.

4개의 원자가전자를 가지는 14족 원소(Si, Ge 등)의 원자로 이루어진 진성 반도체의 경우, 상온에서 아주 적은 수의 전하 운반자가 존재하며, 이들 전하 운반자를 구성하는 전자와 양공의 수는 같다. 이러한 진성 반도체를 형성하는 원자의 일부를 이들 보다 원자가전자가 하나 적은 13족 원소(B, Al, Ga 등)의 원자로 치환하여 첨가하게 되면, 각 13족 원소의 원자 1개당 존재하는 3개의 원자가 전자가 14족 원소의 원자들과 공유결합에 참여하게 되는데, 이때 채우지 못하고 비어 있는 양공이 전하 운반자의 역할을 하게 되어 p형 반도체는 진성 반도체에 비하여 전하 운반자인 양공의 밀도가 높아서 전기적인 특성이 향상된다. p형 반도체를 만들기 위하여 첨가하는 13족 원소의 원자를 받개(acceptor)라고 하고, 이를 p형 첨가라고 한다. 이와는 반대로, 15족 원소(P, As, Sb 등)의 원자로 치환하여 첨가하게 되면, 전자가 전하 운반자의 역할을 하는 n형 반도체를 만들 수 있다.

그림 1. p형 반도체의 전자구조위에 나타낸 전하 운반자인 전자와 양공의 비교. 전도띠에 있는 검은색 원은 전자를, 원자가띠의 흰색 원은 양공을 나타낸다. 흰색 원이 많다는 것은 주요 전하운반자가 양공임을 나타낸다. (출처: )

전자구조의 관점으로는, 받개 원자에 속해 있는 양공들로 인해 받개 준위가 진성반도체에 의한 원자가띠 바로 위에 형성된다. 따라서 p형 반도체의 페르미 에너지는 받개 준위와 원자가띠 사이에 형성되어 진성 반도체의 페르미 에너지보다 작다. 따라서 받개 준위에 있는 양공들은 쉽게 원자가띠로 올라갈 수 있어서 진성반도체에 비하여 더 높은 전기 전도도를 가질 수 있게 된다 (그림 1).