축퇴 반도체(degenerate semiconductor)

오늘은 축퇴 반도체와 비축퇴 반도체가 무엇인지, 그리고 어떤 원리인지에 대한 포스팅입니다. 먼저 축퇴라는 용어가 굉장히 낯설죠. degenrate 라고 하는 이 용어는 위키백과의 정의에 따르면 "축퇴(degeneracy)는 물리학에서 두 개 이상의 물리 상태가 같은 에너지를 가지고 있는 상태이다" 라고 정의를 하고 있습니다.

그러면 이를 반도체에서 어떤 식으로 적용해야 하고 왜 이런 이름이 붙었을까요? degenerated semiconductor은 매우 높은 농도로 도핑 된 반도체를 뜻합니다.

반도체의 도핑 농도가 높아지면 어떤 현상이 발생하는지 알아보겠습니다. 먼저 도핑 농도가 어느 수준 이상으로 올라가게 되면, donor 원자들끼리 상호작용을 일으키게 됩니다.

예전에 에너지 밴드 때 배웠듯, 여러 개의 원자가 상호작용을 하게 되면 파울리의 배타 원리에 의해 같은 에너지 준위를 가질 수 없어서 에너지 준위가 분할되고, 이게 원자의 개수가 많아지면서 영역 같은 개념으로 확장이 되어...