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인 도핑에 의한 n-형 다이아몬드 결정성장

전문가 제언: ○ 도핑은 반도체에 이물질을 첨가하여 반도체의 저항물성을 목적하는 용도에 적용하기 위하여 연구되어 왔다. 거기에 p-형, n-형 반도체가 나오게 된다. 전형적인 반도체는 Si로 알려져 있다. Si(3s23p2)는 IV족 원소로 최외각궤도에 4개의 가전자로 채워져 있다. 5개의 가전자를 가진 P(3s23p3)원자를 첨가하면 전자 과잉이라고 해서 n-형 반도체가 된다.

○ Si에 B(2s22p1)를 첨가하면 Si에 비하여 B는 전자가 부족하므로 마치 양의 전하를 가지고 있는 입자처럼 행동한다고 해서 p-형 반도체라고 한다. 결정에 이물질이 소량 첨가되어 모체결정의 전하이동도에 일정한 변화를 일으키면 모체결정의 격자위치에 존재하는 이물질을 결정의 한 성분으로 보아야 한다. 혼합물과 구별되는 일정비의 법칙이 성립한다.

○ 규소와 같은 족에 속하는 다이아몬드(C)에 B와 P를 도핑해서 p-및 n-형 다이아몬드 제조를 시도하는 논문이다. 구체적인 방법은 제시하지 못하고 있다. 다이아몬드 기판에 P-함유 유기물을 사용해서 CVD 방법으로 n-형 다이아몬드 필름제조를 소개하고 있다. p-형은 오래전에 끝났으나 n-형 다이아몬드 필름제조에 10여년이 걸렸다고 한다.

○ CVD법으로 결정을 성장할 때에 기판을 사용한다. 기판의 주된 역할은 성장하는 결정물질의 격자정합에 있다. 가령 C에 B 혹은 N을 도핑해서 p-, 또는 n-형 다이아몬드를 만드는 것은 이론적으로 가능하다고 본다. C와 P의 경우에는 C원자의 반지름은 0.77Å, P는 1.10Å이다. 외견상으로 보아서 격자정합이 맞지 않을 것으로 보인다.

○ 오랜 연구 끝에 n-형 다이아몬드 제조에 성공한 것은 응용 면에서 보다 기초과학적인 측면에서 평가 할만 하다. 미래에는 인간이 원하는 물성을 가지는 소재가 개발될 것으로 본다. 저자의 말대로 다이아몬드에 각종 원소를 도너 또는 억셉터로 사용하면 여러 종류의 n-, 또는 p-형 다이아몬드가 출현할 것이다.

저자: Hiromitsu Kato, Toshiharu Makino, Satoshi Yamasaki, Hideyo Okushi
자료유형: 학술정보