반도체에는 p, n 타입의 물질이 쓰입니다. Si에서 각각의 타입을 어떻게 구현하는지 설명해보세요.

[P형 반도체(P type semiconductor)]

순도가 높은 4가의 Ge(게르마늄)이나 Si(실리콘)의 결정에 3가의 In(인듐)이나 Ga(갈륨)을 극미량 넣으면 8개의 전자가 서로 공유 결합하여야 되는데 하나가 부족한 곳이 생긴다. 이와 같은 곳을 정공(hole)이라고 한다. 이때 이 홀을 이웃한 전자들이 자꾸 메움으로써 회로에 전류가 흐른다. 홀은 음(-)전하를 띤 전자가 하나 모자란 상태이므로 양(+)전하로 볼 수 있다. 이 홀이 전하의 운반체 역할을 하는 반도체를 P형 반도체라고 한다.

[N형 반도체(N type semiconductor)]

4가의 Ge(게르마늄)이나 Si(실리콘) 등의 원자에 5가의 As(비소)나 Sb(안티몬)을 극히 소량을 섞으면 다음 그림과 같이 5개의 외각 전자 중 4개는 Ge, Si의 가전자와 공유 결합을 하고 남은 전자 1개는 자유 전자가 된다. 이 자유 전자가 결정 안을 자유롭게 돌아다니면서 전하의 운반체 역할을 한다. 전하의 운반체가 음(-)전하를 띤 전자인 반도체를 N형 반도체라고 한다.

[P형과 N형]

실리콘의 전도성을 높이기 위하여 불순물을 첨가하는데 이 과정을 도핑이라고 한다. 이 때 5가원자를 도핑하게 되면, 4가인 실리콘들과 추가한 불순물의 4개 전자는 공유결합을 하게 되어 잉여전자가 하나 남게 된다. 이렇게 남은 잉여전자들은 전류를 흐르게 하는 캐리어의 역할을 하게 되는데, negative charge가 남게 된다는 의미에서 N형 실리콘이 된다.