P형 반도체 띠틈 속에 전자가 존재하는 이유가 뭘까요?

Question

반도체 강의를 들으면서 교과 시간에 배웠던 내용으로는 띠틈 속에 전자가 존재할 수 없다고 알고 있는데 도핑을 하게 되면 띠틈 속에 전자가 존재할 수 있다고 하는데 원리가 뭔가요?

Answer 1

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

전자는 전도대와 비 전도대에만 존재하고 밴드갭(띠틈)에는 존재하지 못합니다.

이는 전자가 표준모델에 의해 위치할 수 있는 궤도(에너지 준위)가 정해져 있기 때문입니다.

반도체는 이러한 밴드갭이 멀지도 가깝지도 않는 중간에 있는데요,

도핑에 의해서 페르미-디락 확률분포(페르미 준위)가 변경됩니다.

이러한 페르미 준위는 온도와 도핑되어있는 물질에 따라서 바뀝니다.

따라서, 페르미 준위와 전자의 에너지상태 밀도가 겹치는 부분에서 전류가발생할 수 있습니다.

감사합니다.

Answer 2

실제로 에너지 밴드에 전자가 존재하는 것은 아닙니다.

전자의 농도가 낮아지면 가전자대 쪽으로 페르미 준위가 내려가는 건데, 이론적으로만 존재하는 영역입니다.