정공 (Hole)의 개념

반도체를 만드는 과정에서 가장 많이 쓰이는 재료는 바로 실리콘(규소)이다.

실리콘은 최외각 전자가 4개인 4족 원소로, 4개의 전자가 각각 다른 실리콘 원자와 공유결합을 한다.

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실리콘에서 자유전자의 밀도(전도성)는 온도에 따라 달라지는데, 절대 온도가 0(-273도씨)일때의 전도성은 0이고, 온도가 증가함에 따라 전도성도 증가한다.

 

실리콘에서 절대온도와 자유전자의 밀도와의 관계

위 그래프는 이해를 돕기위해 간략하게 그려진것이다. 그래프의 형태는 중요하지 않고 온도가 증가함에 따라 자유전자의 밀도가 증가한다는 것이 중요하다.

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이제 정공에 대해서 알아보자.

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실온에서는 위 그림과 같이 자유전자가 존재하기 때문에 위와같이 전자의 빈자리가 존재한다. 그 전자의 빈자리를 정공(Hole)이라고 한다.

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이전에 본 사진과 마찬가지로 정공이 하나가 존재한다. 하지만 위치가 달라졌다. 실제로는 지금 정공이 존재하는 곳에 있던 전자가, 이전 사진에 있던 정공에 위치로 옮겨간 것이다.

위 사진도 마찬가지로 현재 정공이 존재하는 곳에 있던 전자가, 이전 사진에 있던 정공에 위치로 옮겨가서 정공의 위치가 달라졌다. 실제로는 전자가 튀어나와, 다른곳에 결합을 한것이지만, 정공이 이동한것과 동일하게 생각할 수 있다.

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이때 정공이 이동하는 속도는, 전자가 이동하는 속도보다 느리다. 그 이유는, 정공은 Release and Trap Mechanism 을 따르기 때문이다. 즉, 전자가 공유결합에서 벗어나고, 다른 정공을 채우는것이 정공이 이동하는 것과 마찬가지로 생각되기 때문이다.