충전 캐리어

Charge carrier

물리학에서 전하 운반체는 전하를 운반하는 자유로운 입자 또는 준입자이며, 특히 전기 [1]전도체에서 전하를 운반하는 입자입니다.예를 들어 전자, 이온, 구멍 등이 있습니다.이 용어는 고체 [2]물리학에서 가장 일반적으로 사용됩니다.도전매체는 전계가 이들 자유입자에 힘을 가하여 매체를 통해 입자의 순운동을 일으킬 수 있으며,[3] 이것이 전류를 구성한다.전도 매체에서 입자는 전하를 전달하는 역할을 합니다.

  • 많은 금속에서 전하 운반체는 전자입니다.각 원자로부터의 1개 또는 2개의 원자가 전자는 [4]금속의 결정구조 내에서 자유롭게 이동할 수 있다.자유전자는 전도전자, 자유전자의 구름은 페르미 [5][6]가스라고 불립니다.많은 금속들은 전자와 홀 밴드를 가지고 있다.일부에서는 주요 캐리어가 [citation needed]구멍입니다.
  • 소금물과 같은 전해질에서 전하 운반체는 이온이며,[6] 이온은 전자를 얻거나 잃어서 전하를 띤 원자 또는 분자입니다.전자를 얻어서 음전하를 띠는 원자는 음이온이라고 불리며, 전자를 잃어서 양전하를 띠는 원자는 [7]양이온이라고 불립니다.해리된 액체의 양이온과 음이온도 용해된 이온 고형물에서 전하 운반체 역할을 한다(예: 홀 참조).용융 이온 고체의 전기 분해 예에 대한 Héroult 공정).양성자 도체는 양의 수소 이온을 [8]운반체로 사용하는 전해 도체입니다.
  • 플라즈마에서는 공기, 네온사인, 태양과 별을 통해 전기 아크에 존재하는 전하 가스인 이온화 가스의 전자와 양이온이 전하 [9]운반체 역할을 한다.
  • 진공 상태에서는 자유 전자가 전하 운반체 역할을 할 수 있습니다.진공관(밸브라고도 함)으로 알려진 전자 부품에서 이동 전자 구름은 열전자 [10]방출이라고 불리는 프로세스에 의해 가열된 금속 음극에 의해 생성됩니다.전자가 빔으로 빨려 들어갈 정도로 강한 전계를 가하면, 이것은 음극선이라고 불릴 수 있으며,[11] 2000년대까지 텔레비전과 컴퓨터 모니터에서 널리 사용된 음극선 튜브 디스플레이의 기초가 됩니다.
  • 트랜지스터나 집적회로 등 전자부품을 만드는 데 사용되는 재료인 반도체는 2종류의 전하 캐리어가 가능하다.p형 반도체에서는 양의 전하를 가진 전자 구멍으로 알려진 "유효 입자"가 결정 격자를 통과하여 전류를 발생시킨다."구멍"은 사실상 반도체의 원자가 밴드 전자 모집단에서 전자 공실이며 원자 사이트에서 원자 사이트로 이동하면서 이동하기 때문에 전하 운반체로 취급됩니다.n형 반도체는 전도대역의 전자가 결정을 통과하여 전류를 발생시킨다.

이온 용액 및 플라스마와 같은 일부 도체에서는 양전하 캐리어와 음전하 캐리어가 공존하므로, 이 경우 전류는 반대 방향으로 이동하는 두 가지 유형의 캐리어로 구성됩니다.금속과 같은 다른 도체에서는 한 극성의 전하 캐리어만 존재하기 때문에 전류는 단순히 한 방향으로 이동하는 전하 캐리어로 구성됩니다.

반도체에서

반도체에는 두 가지 유형의 전하 캐리어가 있습니다.하나는 음전하를 띠는 전자입니다.또,[12] 전자와 같은 크기의 양의 전하를 가지는 제2의 전하 캐리어로서 원자가 밴드 전자 모집단(홀)의 이동 빈 공간을 취급하는 것이 편리하다.

캐리어 생성 및 재조합

주요 기사: 캐리어 생성 및 재조합

전자가 구멍과 만나면, 그들은 재결합하고 이러한 자유 운반체는 효과적으로 [13]사라집니다.방출되는 에너지는 반도체를 가열하는 열(열 재결합, 반도체 내 폐열원 중 하나) 또는 광자(LED 및 반도체 [14]레이저에 사용되는 광 재결합)로 방출될 수 있습니다.재결합은 원자가 밴드에서 전도 밴드로 들뜬 전자가 홀이라고 알려진 원자가 밴드에서 비어 있는 상태로 되돌아가는 것을 의미합니다.이 구멍들은 에너지 갭을 통과하기 위해 에너지를 얻은 후 전자가 들뜨면 원자가 밴드에서 생성되는 빈 상태입니다.

다수 및 소수 캐리어

보다 풍부한 전하 캐리어는 다수 캐리어라고 불리며, 주로 반도체 내의 전류 전송에 책임이 있습니다.n형 반도체에서는 전자이고, p형 반도체에서는 구멍입니다.양이 적은 전하 캐리어를 마이너리티 캐리어라고 부릅니다.n형 반도체에서는 홀인 반면 p형 반도체에서는 [15]전자입니다.

불순물을 포함하지 않는 고유 반도체에서 두 종류의 캐리어의 농도는 이상적으로 동일하다.내적 반도체에 공여 불순물이 도핑되면 주요 운반체는 전자입니다.반도체에 리셉터 불순물이 도핑되어 있으면 주요 캐리어가 [16]구멍입니다.

마이너리티 캐리어는 양극성 트랜지스터와 [17]태양전지에서 중요한 역할을 한다.전계효과 트랜지스터(FET)에서 이들의 역할은 조금 더 복잡합니다. 예를 들어 MOSFET에는 p형 및 n형 영역이 있습니다.트랜지스터 동작은 소스 및 드레인 영역의 대다수 캐리어를 포함하지만 이들 캐리어는 반대 유형의 바디(마이너리티 캐리어)를 통과합니다.다만, 반송 영역에서는 반송 캐리어가 반대 타입의 캐리어를 크게 웃돌기 때문에(실제로 반대 타입의 캐리어는 반전층을 형성하는 인가된 전계에 의해 제거된다), 종래에는 캐리어의 소스 및 드레인 명칭이 채용되어 FET는 「메이저 캐리어」[18]디바이스라고 불립니다.

프리 캐리어 농도

주요 기사:전하 반송파 밀도

자유 캐리어 농도는 도프된 반도체 내의 자유 캐리어 농도다.이는 금속의 반송파 농도와 유사하며 전류 또는 드리프트 속도를 계산하기 위해 동일한 방법으로 사용할 수 있습니다.자유 캐리어는 도핑에 의해 전도 대역(원자가 대역)에 도입된 전자(구멍)입니다.따라서 다른 대역에 구멍(전자)을 남김으로써 이중 캐리어 역할을 하지 않습니다.즉, 전하 캐리어는 전하를 운반하는 자유로운 입자입니다.도프된 반도체의 자유 캐리어 농도는 온도 [19]의존성을 나타낸다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Dharan, Gokul; Stenhouse, Kailyn; Donev, Jason (May 11, 2018). "Energy Education - Charge carrier". Retrieved April 30, 2021.
  2. ^ "Charge carrier". The Great Soviet Encyclopedia 3rd Edition. (1970-1979).
  3. ^ Nave, R. "Microscopic View of Electric Current". Retrieved April 30, 2021.
  4. ^ Nave, R. "Conductors and Insulators". Retrieved April 30, 2021.
  5. ^ Fitzpatrick, Richard (February 2, 2002). "Conduction electrons in a metal". Retrieved April 30, 2021.
  6. ^ a b "Conductors-Insulators-Semiconductors". Retrieved April 30, 2021.
  7. ^ Steward, Karen (August 15, 2019). "Cation vs Anion: Definition, Chart and the Periodic Table". Retrieved April 30, 2021.
  8. ^ Ramesh Suvvada (1996). "Lecture 12: Proton Conduction, Stoichiometry". University of Illinois at Urbana–Champaign. Retrieved April 30, 2021.
  9. ^ Souček, Pavel (October 24, 2011). "Plasma conductivity and diffusion" (PDF). Retrieved April 30, 2021.
  10. ^ Alba, Michael (January 19, 2018). "Vacuum Tubes: The World Before Transistors". Retrieved April 30, 2020.
  11. ^ "Cathode Rays Introduction to Chemistry". Retrieved April 30, 2021.
  12. ^ Nave, R. "Intrinsic Semiconductors". Retrieved May 1, 2021.
  13. ^ Van Zeghbroeck, B. (2011). "Carrier recombination and generation". Retrieved May 1, 2021.
  14. ^ del Alamo, Jesús (February 12, 2007). "Lecture 4 - Carrier generation and recombination" (PDF). MIT Open CourseWare, Massachusetts Institute of Technology. p. 3. Retrieved May 2, 2021.
  15. ^ "Majority and minority charge carriers". Retrieved May 2, 2021.
  16. ^ Nave, R. "Doped Semiconductors". Retrieved May 1, 2021.
  17. ^ Smith, J. S. "Lecture 21: BJTs" (PDF). Retrieved May 2, 2021.
  18. ^ Tulbure, Dan (February 22, 2007). "Back to the basics of power MOSFETs". EE Times. Retrieved May 2, 2021.
  19. ^ Van Zeghbroeck, B. (2011). "Carrier densities". Retrieved July 28, 2022.