양공

양공

양공(陽孔, hole, electron hole, positive hole)은 절연체 또는 반도체에서 물체의 원자를 결합하고 있는 음전하가 외부의 에너지 유입을 통하여 바닥상태에서 들뜬 상태로 이동하면서 남게 되는 구멍을 말하며 정공이라고도 한다. 따라서 양공은 원자궤도에서 전자가 비어 있는 상태의 준입자를 나타내기도 한다. 양공은 음전하, 즉 전자가 빠져나간 구멍이기 때문에 상대적으로 양의 전하를 갖는 자유 전자와 같은 성질을 갖게 된다. 이러한 양공이 많이 생성되어 띠를 형성하게 되면, +전하를 운반하는 운송자로서의 역할이 가능해지기 때문에, P형 반도체를 생산하는 데 있어 양공의 역할은 중요하다 할 수 있다.

개요

양공은 전자의 빈자리로서 양의 전하를 띈 입자와 같은 역할을 하는 가상의 입자이다. 원자들의 결합으로 분자가 만들어지고 이 분자들로 물질이 구성된다. 분자 내에는 전자들이 차지할 수 있는 자리가 생긴다. 이 전자들이 차지할 수 있는 자리에 전자들이 없을 경우 이를 양공, 정공, 홀이라 일컬으며 주로 전기 흐름에서 (+)전하의 캐리어(운송자)로 사용된다.

양공이 형성되는 방법에는 두 가지가 있다. 첫째로는 광전효과에서처럼 외부의 입자가 분자 내에 있는 전자와 충돌하여 전자를 이탈시키는 방법이 있고, 둘째는 반도체에서처럼 원자가에 전자가 다 채워지지 않아 생긴다. 분자 내에서 전자들은 (-)전하를 가지고 있어 핵의 (+)전하와 평형을 이루며 안정상태에 있게 된다. 여기에 광전효과처럼 전자가 자기 자리를 이탈하게 되면 (-)전하가 없어지고 전자가 있던 자리에 (+)전하를 띠는 구멍이 생긴다. 즉, 양공 (+)전하를 띠는 구멍이 생긴다.

반도체내에서의 양공

원자에서 전자는 에너지가 낮은 상태인 핵에서 가까운 자리부터 채워나간다. 각 에너지 단계에서는 채울 수 있는 전자의 수가 2, 8, 8, 18... 개의 순으로 나가는데 각 에너지 단계에서 전자가 다 채워지거나 전혀 없을 경우 안정한 상태를 이루게 된다. 낮은 순서의 에너지 대로 채워지고 채워지지 않은 에너지 단계에 있는 전자들을 원자가 전자라 하는데 이 원자가 전자가 4개인 14족 원소에 원자가 전자가 3개인 13족원소를 결합하면 원자가 전자가 1개 들어 갈 수 있는 자리가 생기게 된다. 이러한 자리는 분자 내에서 띠를 형성하게 된다. 즉, 양공들이 많이 모여 띠를 형성하게 되고 이 양공들의 띠는 (+)전하를 운반하는 캐리어 역할을 하게 된다. 이러한 방법으로 만들어진 반도체를 P형 반도체라 한다. 이렇게 양공은 전자가 접근할 수 있는 자리에 전자가 없을 경우에서 만들어진다.

참고자료

• 〈양공〉, 《사이언스올》
• 〈양공〉, 《두산백과》
• 〈양공〉, 《물리학백과》

같이 보기

• 전자
• 반도체
• 절연체
• 전하

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