[물리전자] 도핑과 불순물

물질의 구조에는 실질적으로 결함과 불순물이 존재한다. 따라서 이번에는 불순물과 결함이 구조에 어떤 영향을 미치고, 결함과 불순물이 어떤 방법으로 존재하는지 한번 알아보자.

 

1. Lattice vibrations

모든결정이 기본적으로 가지고 있는 결정구조이며, 레티스의 진동으로 생긴 결정의 틈이다. 이전에는 이상적인 구조로 결정구조를 파악해 보았지만 실제로는 원자들의 진동으로 인해서 기하학적 주기성이 깨지게 되면서 규칙성이 없는 구조로 나타나게 된다. 원자들의 불규칙한 진동은 물질마다 그 정도가 다르며, 물질에 따라서 grain과 그 경계가 다르게 나타난다는 특징이 있다.

Lattice vibrations(출처:위키피디아)

2. point defect

-Vacancy

레티스 구조에서 어떤 특정한 부분의 원자가 없어져서 구조의 변형이 일어난 경우이다. 원자가 소실되어서 특정 point에서 변형이 생겨서 레티스 구조에 영향을 미친다.

-Interstitial

반대로 레티스 구조에서 어떤 특정한 부분의 원자가 삽입된 경우를 말한다. 마찬가지로 특정 포인트에서 변형이 생겨서 레티스 구조에 영향을 미친다.

3. Line defect

-line dislocation

다원자의 소실로 인해 원자의 구조자체가 새롭게 형성되어 구조의 라인이 변형되는 경우를 뜻한다. 

4. Impurities in Solids

이번에는 다른원자가 레티스 구조에 추가되거나 소실된 경우이다. 자연적인 경우보다는 의도적으로 원자를 삽입해서 전기적인 특성의 이득을 얻는 경우가 있으며 이것이 반도체의 도핑에 해당한다. 레티스구조의 변형을 최소화하기 위해서 원래 있던 원자를 빼고 다른 원자로 대체하기도 한다.

실제로 반도체를 설계하거나 물질의 특성을 연구할때는 이러한 레티스구조를 잘 파악하고 어떤 요인으로 구조가 달라질 수 있는지 정확히 파악해서 구조변형을 최소화하는 것이 중요하다. 특히 자연적인 변형을 예측할 수 없기 때문에 설계 시에 변형을 예측해서 설계를 해야 의도에 맞게 성공할 것이다.