18.12 온도 변화가 운반자 농도에 미치는 영향

진성 반도체의 경우

1. 온도가 증가할수록 가전자대에서 전도대로 전자를 여기시키는 데 소요되는 열에너지를 많이 공급하게 되어, 온도 증가에 따라 전자와 양공의 농도가 증가하게 된다.
2. 밴드 갭 에너지 값이 작을수록 운반자 농도가 증가한다.
   • Si와 Ge의 경우 Ge의 밴드 갭 에너지 값(0.67eV)이 Si의 밴드 갭 에너지 값(1.11eV)보다 낮기 때문에, Ge의 운반자 농도가 규소보다 더 많다.

외인성 반도체의 경우

10²¹m^-3 P(인)으로 도핑된 Si의 경우를 통해 알아보자.

외인성 곡선은 진성 반도체의 경우와 달리 세 가지 부분으로 구분된다.

1. 외인성-온도 구간(extrinxic temperature): 150K과 475K 사이의 중간 온도에서 재료는 n-형을 나타내고, 전자 농도가 일정하게 유지된다. 전도대에 있는 전자들은 P 도너 준위로부터 여기된 것인데 중간 온도에서 자유 전자 농도가 인 농도와 대략적으로 유사한 값을 보이는 것을 보아, 실질적으로 모든 P 원자는 이온화 된 것임을 알 수 있다. 또한 이 구간에서 진성 여기는 외인성 여기에 비하여 무시할 수 있을 것이다.
2. 동결 온도 영역(freeze-out temperature region): 100K 이하의 온도에서 전자 농도는 온도 감소에 따라 급격하게 감소하여 0K에선 0에 수렴한다. 이 구간에서의 열에너지는 P 도너 준위로부터 전도대로 전자를 여기시키기에 충분하지 않다.
3. 진성 온도 영역(intrinsic temperature): 450K 이상의 높은 온도에선 온도 증가에 따라 전자 농도가 인 농도 이상으로 진성 곡선을 따라 급격하게 증가한다.