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반도체 이야기

반도체 이야기, Pn 접합과 다이오드 - 첫 번째 이야기 지난 호에 진성반도체, 그리고 n형과 p형 반도체의 밴드구조에 대해서 살펴보았고, 소수캐리어와 다수캐리어라는 것이 있어서 반도체의 전기전도성을 주는 것이라고 했습니다. 그럼 이 반도체에 전압을 걸어주면 어떤 일이 벌어질까요? 전기만 생각하면 머리가 아파 온다고요? 지극히 정상입니다. 왜냐하면, 전기는 눈에 보이지 않기 때문에 상상하기가 어렵지요. 이럴 때는 눈에 보이는 것으로 바꾸어 생각하는 것이 편리합니다. 자, 용기 속에 있는 물을 떠올려 볼까요? 양쪽이 모두 막혀 있는 용기 속에 물이 꽉 찬 경우를 먼저 봅시다. 이 용기를 기울여도 물이 움직이지 않습니다. 용기의 양 끝이 막혀 있고 물이 꽉 차 있어서 움직일 수 없지요. 그럼 용기 속에 물이 약간만 차 있는 경우는 어떻게 될까요? 용기를 기울이니 ..
반도체 학교의 캐리어 이야기, 두 번째 자, 지난 호에 이어 이번 달에는 반도체가 있는 교실 속 불순물 반으로 다시 들어가 보겠습니다. 불순물 반은 불순물 반도체입니다. ‘정규학생’은 ‘실리콘’으로 ‘청강생’은 ‘불순물’로 이해를 하면 되겠습니다. 청강생은 학교의 정규학생이 아니므로 선생님을 덜 무서워하는군요. 먼저 P(인) 같은 5족 불순물이 실리콘에 첨가된 N형 반도체를 살펴보도록 하겠습니다. P는 5개의 최외각전자를 가지고 있어서 4개는 실리콘과 공유결합을 이루기 위해 속박되어 있고, 남은 1개가 약하게 붙들려 있다가 약간의 에너지만 공급해줘도 쉽게 떨어져 나가 자유전자처럼 활동합니다. (600원을 가지고 있는 철수를 생각하세요) 이를 밴드 구조로 설명하면 아래 그림과 같습니다. 왼쪽 그림에서, 온도가 0K일 때 여분의 전자는 P에 약하..
반도체 학교의 캐리어 이야기, 첫 번째 이번 달에는 반도체가 있는 교실 속으로 들어가 보겠습니다. 반도체 나라에는 세미 초등학교가 있고 그곳에는 진성 반이 있습니다. 교실 안에는 학생 수와 의자 수가 같아서 모든 학생이 앉아 있고, 빈자리나 자리 없이 서 있는 학생은 없습니다. 곧 엄한 선생님이 들어오시니 학생들이 꼼짝 못 하고 제자리에 앉아 공부합니다. 바깥 복도에 돌아다니는 학생이 아무도 없군요. 이번에는 덜 엄한 선생님이 들어오셨는데 아직도 학생들은 선생님을 무서워하며 아무도 자리를 떠나 돌아다니질 않네요. 다시 시간이 바뀌어서 순한 선생님이 들어오셨습니다. 수업을 지루해하는 한 학생이 슬그머니 일어나 복도로 나가 돌아다닙니다. 교실에는 빈 의자가 하나 생겼고, 복도에는 자유롭게 돌아다니는 학생이 하나 생겼네요. 이윽고 또 한 학생이 자..
반도체가 밴드 두른 사연, 두 번째 이야기 이제부터는 규소 원자 내에 있는 전자들의 특이한 거동을 탐험해 볼까요? 이상한 호텔이 하나 있습니다. 이 호텔은 여러 층으로 되어 있는데, 1층에는 하나의 방이 있고 2층에는 4개의 방이 있으며 3층에는 9개의 방이 있습니다. 각 방은 2명까지만 손님이 투숙할 수 있으며 동성의 손님은 투숙할 수 없습니다. 이상한 점은, 이 호텔에 계단이나 복도나 엘리베이터가 없습니다. 총 14명의 손님이 투숙해 있는데, 1층에 2명, 2층에 8명, 그리고 3층에는 4명이 방을 잡았군요. 손님들은 한 방에 숙박하는 것에 만족하지 않고 수시로 방을 바꿉니다. 1층의 숙박료가 가장 싸고 위층으로 올라갈수록 숙박료가 비싸집니다. 또한, 2층부터는 방이 여러 다른 형태로 되어 있어서 같은 층의 방이라도 숙박료가 달라지기도 합니다..
반도체, 넌 누구냐! 두 번째 이야기 자, 앞서 예를 들었던 순이와 철이의 경우를 다시 떠올려보겠습니다. 각각이 500원을 갖고 있으면서 1,000원짜리 청량음료를 사서 공유하는 것이었지요. 이 경우에는 갖고 있던 모든 돈을 청량음료 사서 공유하는 데 사용했으므로 다른 용도로 사용할 수 있는 여유 자금은 없습니다. 이처럼 모든 최외각 전자들이 공유결합에 속박되어 있어서 자유전자가 없어 부도체로써 거동하다가 열을 가해주면 일부의 전자가 공유결합에서 이탈되어 자유전자가 됨으로써 약하게 도체의 거동을 하는데요, 이러한 반도체를 진성반도체라고 부른다고 했습니다. 이번에는 다른 경우를 생각해볼까요? 순이는 500원을 갖고 있는데 철이가 600원을 갖고 있으며 1,000원짜리 청량음료를 먹고 싶다고 가정해보겠습니다. 각각 500원씩 내서 1,000원짜..