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반도체란? - 완전 기초! 기본! 상식! [반도체 특론] 본문
모든 전자제품에는 반도체소자가 들어가 있다.
반도체란 전도도(conductivity) 또는 전도성가 도체와 절연체 중간인 물질의 집단이다.
어떤 물질은 전류가 잘 흐르고
어떤 물질은 전류가 흐르지 않는다.
목차
1. 전도성을 지닌 물질의 구분
2. 전도도란?
3. 연습문제
1. 전도성을 지닌 물질의 구분
쉽게 말해 전류, 즉 물질에 따른 전자의 이동은 다음과 같다.
절연체(insulator) = 완전 차단.
도체(conductor) = 전부 통과.
반도체(semiconductor) = 차단되거나 통과.
왜 이런 특성을 띄는 지에 대한 설명은 전자기학 파트에서 다루겠다.
일단 이해를 위해 전류가 흐르는 간단한 회로를 구성했고 저 3가지 물질로 만든 스위치가 있다고 가정하자.
스위치를 'on' 했을 때 전류가 어떻게 흐를까?
다음과 같은 상황이 일어난다.
절연체 = 흐르지 않음.
도체 = 전부 흐름.
반도체 = 전류 양 조절 가능.
반도체에서 전류의 양 조절이 가능하다라는 말은 조금 이해하기 힘들다.
자연계에서 어떤 물질이라도 전류의 양을 조절할 수 있는 물질이란 없다.
즉 절연체, 도체와는 달리 반도체는 인간이 만들어낸 물질이다.
반도체는 인간이 발명했다.
절연체, 도체 또한 반도체에 있어서 중요한 역할을 가지고 있다.
절연체는 전류의 이동을 막는 '벽'으로 활용이 가능하고 도체는 전류의 이동을 담당하는 회로의 '도선'으로 활용이 된다.
2. 전도도란?
'전도도'라는 말을 집중해보라.
전도도는 전자의 이동, 즉 전류를 설명할 때 아주 중요하다.
반도체 전공자가 전도도를 모르면 절대 안 된다.
전도도란 물질에 전기장이 걸릴 때, 전류가 발생하는 정도이다.
전도도란 전압이 걸렸을 때 전류가 흐르는 정도!
물질의 고유한 물성과 형태와는 무관하며 전류밀도에 비례하는 상수로서 역할한다.
식은 다음과 같다.
전도도 = 캐리어(전자, 정공)의 전하 농도 x 이동도
여기서 전기장 E를 곱하면 그대로 전류가 된다.
*전하(charge) : 모든 물질은 양전하(+)와 음전하(-)를 띄는 극성의 전자로 구성됨.
*전하량(charge amount) : 단위는 클롱 (C)을 이용한 전하의 수치화. 1개의 e = -1.602*10^-19 C
*순 전하량(net charge amount) : 양전하 - 음전하(그냥 싹 다 합한 거) 힘이 서로 반대의 인력이므로 스칼라 덧셈. 여기서 어떤 전하가 더 큰지에 따라 이온으로 나뉨.
전류 I는 단위 시간(dt) 당 특정 단면을 훑고 지나가는 전하의 양(dQ)
전류의 단위는 [A or C/s] 1 A= 1 C/s
전류는 전기장으로 발생함을 유의!
전도도가 높다는 말은 전류가 잘 흐른다는 말이다.
반도체 소자를 만들 때 사람들은 전도도를 높이려고 노력한다.
연습문제 1.
구리(Cu)의 전자 이동도는 50 cm^2, 밀도는 8.96 g/cm^3, 원자량은 63.546 g/mol 일 때, 구리의 전도도를 구하라.
*아보가드로수 = 6.02*10^23 개.
*구리 원자 1개당 최외각 전자 1개의 자유전자가 생성된다고 가정.
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