08. 반도체(Semiconductor)

 

8. 1. 반도체(Semiconductor)

 

- 순수반도체(Intrinsic Semiconductors): 실리콘(Si)과 저마늄(Ge) 과 같이 어떤 불순물도 섞이지 않은 순수한 반도체.

 

  원자가 전자가 4개이며, 공유결합을 하여, 각 원자의 원자가 전자의 개수가 8개가 된다.

 

- 불순물 반도체(Impurity Semiconductor): 순수 반도체에 불순물을 섞어서 전류를 흐르게 하는 입자의 수를 증가시켜 전기전도도를 증가시킨 반도체.

	n형 반도체(n-type Semiconductor)	p형 반도체(p-type Semiconductor)
불순물	원자가 전자가 5개인 원소. 인(P), 비소(As), 안티모니(Sb) 등	원자가 전자가 3개인 원소. 붕소(B), 알루미늄(AI), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등
원리	원자가 전자가 4개인 실리콘(Si)에 원자가 전자가 5개인 원소를 첨가하면 전자 1개가 남개 된다. -> 전자가 남음.	원자가 전자가 4개인 실리콘(Si)에 원자가 전자가 3개인 원소를 첨가하면 전가 1개가 부족하게 된다. -> 양공이 남음.
전기전도도의증가	남는 전자는 원자에 약하게 구속되어 작은 에너지로도 쉽게 전도띠로 올라 갈 수 있다.	작은 에너지로도 전자가 남는 양공으로 이동하게 되어 양공이 움직이게 된다.

 

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8. 2. 반도체의 이용(Use of Semiconductor)

 

1) p-n 접합 다이오드(p-n Junction Diode): p형 반도체와 n형 반도체를 접합시켜 양 끝에 전극을 붙인 것,

 

- 전류를 한 쪽 방향으로만 흐르게 하는 정류작용(Rectification Action)을 한다.

 

- 다이오드에 순방향 전압(p형 반도체에 +극 , n형 반도체에 -극)이 걸렸을 때만 전류가 흐른다.

 

- 순방향 전압일 때 p형반도체와 n형반도체의 접합면에서 양공과 전자가 계속해서 결합이 일어나고, 다이오드의 양끝에서 양공과 전자를 계속 공급하므로 전류가 지속적으로 흐른다.

 

- 역방향 전압일 때는 p형반도체와 n형반도체의 남는 전자와 양공이 접합면이 아닌 양끝으로 이동해 접합면에 남는 전자와 양공이 없어 전류가 흐르지 않는다.

 

 

2) 발광다이오드(LED): 순방향 전압이 걸리면, n형 반도체의 전자와 p형 반도체의 양공이 접합면에서 만나 띠틈에 해당하는 만큼의 에너지를 빛의 형태로 방출하는 다이오드.

 

- 특징: 수명이 길고, 크기가 작으며, 다양한 색을 낼 수 있다.

 

 

3) 트랜지스터(Transistor): 반도체가 n – p – n 또는 p – n – p 의 형태로 결합된 소자.

 

 

- 이미터(Emitter), 베이스(Base), 컬렉터(Collector)로 구성된다.

 

- 이미터는 베이스와 순방향 전압을 걸어주는 영역이다.

 

- 컬렉터는 베이스와 역방향 전압을 걸어주는 영역이다.

 

- 베이스는 트랜지스터 중앙의 좁은 영역이다.

 

 

- 이미터와 베이스 사이에 순방향 전압(V_EB)을, 컬렉터와 베이스 사이에 역방향 전압(V_CB)을 걸여주면, 순방향 전압을 조절하여 컬렉터의 흐르는 전류(I_C)를 조절할 수 있다.

 

- 베이스가 매우 얇아서 이미터에서 베이스로 이동하던 대다수의 양공은 컬렉터의 높은 전압에 끌려 컬렉터 쪽으로 이동하고, 소수의 양공만이 베이스 쪽으로 이동한다.

 

- 증폭작용(Amplifying Action): V_EB의 미세한 변화가 I_C의 커다란 변화를 가져온다.

 

- 스위치작용(Switching Action): V_EB가 정해진 값 이하일 때, I_C가 0이 되도록 하고, V_EB가 정해진 값 이상일 때, 큰I_C 를 얻을 수 있다.

 

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8. 3. 신소재(New Material)

 

1) 초전도체(Superconductor): 특정한 온도이하에서 전기저항이 0이 되는 물질.

 

    마이스너 효과(Meissner Effect): 임계 온도 이하에서 초전도체 내부의 자기장이 0(반자성)이 되는 현상.

 

    외부자기장을 밀어내게 된다.

 

2) 유전체(Dielectric Material): 유전분극을 이용해서 전하를 저장하는 물질.

 

3) 액정(Liquid Crystal): 전압을 걸면 빛이 통과하지 못하고, 전압이 걸리지 않으면 빛이 통과할 수 있게 하는 물질.

 

4) 그래핀(Graphene): 탄소 원자가 육각형 벌집 모양으로 연결된 평면의 물질.

 

    반도체보다 전자의 이동속도가 매우 빠르고, 휠 수 있으면서, 강도도 매우 강하다.

 

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