반도체에서의 페르미 준위에 대해 질문드립니다....

Question

안녕하세요

다이오드의 페르미 준위에 대해 질문드리고자 합니다

위의 그림에서요,

n형 반도체는 전도띠에 전자가 많이 있기 때문에,

페르미 준위(전자가 존재할 확률이 50%가 되는 준위)가 p형 반도체보다 높게 설정이 되는 것일까요?

그리고 p형 반도체는 전도띠에 전자가 적게 있기 때문에,

페르미 준위(전자가 존재할 확률이 50%가 되는 준위)가 n형 반도체보다 낮게 설정이 되는 것일까요?

궁금합니다..........

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Answer 1

안녕하세요.

n형 반도체는 도너(donor) 불순물이 첨가되어 있어 전자의 수가 많습니다. 이 때문에 전도대에 있는 전자의 수가 증가하고, 페르미 준위는 전도대와 더 가까운 위치로 이동합니다. 그림(b)에서 보이듯이, n형 반도체의 페르미 준위(Eₙ)는 전도대(Eₑ)에 가까워지는 것이 일반적입니다. 이는 더 많은 전자가 전도대에 존재함을 의미하며, 페르미 준위가 높은 위치에 있게 됩니다.
반면 p형 반도체는 억셉터(acceptor) 불순물이 첨가되어 전도대의 전자보다는 밸런스대에 홀(hole)이 더 많아집니다. 홀은 전자가 부족한 상태를 의미하며, 이로 인해 페르미 준위는 밸런스대(Eᵥ)와 더 가까운 위치로 이동합니다. 그림(c)에서 보듯이, p형 반도체의 페르미 준위(Eₚ)는 밸런스대에 가깝습니다. 이는 밸런스대의 홀이 많다는 것을 의미하며, 페르미 준위가 상대적으로 낮은 위치에 있습니다.
질문자님이 관찰한 것 처럼 n형 반도체의 페르미 준위는 전도띠에 전자가 많기 때문에 상대적으로 높으며, p형 반도체는 전도띠에 전자가 적고 밸런스대에 홀이 많기 때문에 페르미 준위가 낮습니다.