도핑 (Doping)

다른 원자들을 이용하여 도핑하면 실리콘 결정격자 내에서의 전자와 정공의 균형을 변화시 킬 수 있다. 실리콘보다 가전자가 하나 더 많은 원자들을 이용하면, 전도대에 전자들이 추가되는 n-형 반도체 재료를 만들 수 있는데, 이 때 사용되는 원자들이 V족 원소이다. 이 원소들이 가지 고 있는 5개의 가전자들은 실리콘이 가진 4개의 가전자들과 공유결합을 형성할 수 있는데, 각 실리콘 원자의 공유결합에는 4개의 전자만이 필요하므로 두 개의 실리콘 원자가 결합할 때 존재하는 나머지 여분의 전자 하나는 전기전도에 참여하게 된다. 그리하여 더 많은 전자 들이 전도대에 추가되고 따라서 존재하는 전자들의 개수도 증가한다. 가전자가 하나 더 적은 III족 원소의 원자들로 도핑하면 p-형 재료를 만들 수 있다. 이 원소 들은 3개의 가전자를 가지고 실리콘 원자와 결합하는데, 실리콘 원자와 충분히 결합할 수 있는 전자가 부족하여 정공이 형성된다. p-형 재료에서는 결합에 잡혀있는 전자들의 개수 가 더 많으므로 이렇게 하면 정공의 개수를 효과적으로 증가시킬 수 있다. 도핑된 재료에서 는 한 유형의 캐리어가 다른 유형보다 항상 더 많은데, 농도가 더 높은 캐리어의 유형을 다 수 캐리어(majority carrier)라 하고, 더 낮은 농도의 캐리어를 소수 캐리어(minority carrier) 라고 한다.

n-형과 p-형 반도체 재료를 만들기 위해 불순물로 도핑한 실리콘 결정격자의 개략도