[반도체] #2 반도체 물질의 특성과 기능을 알아보아요~

 

 

지난 시간, 알기 쉬운 반도체! 첫 이야기로[반도체 쉽게 알기#1] 반도체란 무엇인가?] 를 함께 알아보았습니다. 반도체의 의미와 간단한 성질, 모두 기억하시죠?

반도체는 전도도가 도체와 부도체의 중간정도 되는 물질의 집단이라는 것을 알려 드렸는데요~

오늘은 반도체 쉽게 알기 두 번째 이야기! "반도체 물질의 특성과 기능"을 전해드리려 합니다.

일반적으로 반도체는 주기율표의 4족에 있는 원소(Elemental)반도체와 3족, 5족 원소들의 결합으로 이뤄지는 화합물(Compound)반도체가 있습니다. 원소반도체는 한 가지 원소로 구성된 반도체로서 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge)이 있는데요~ 특히, 실리콘은 집적회로 IC(Integrated Circuits)에 가장 많이 사용되는 반도체로 "모래"로부터 얻을 수 있습니다.

 

                               

 

                                            원소명 : (국문) 규소 , (영문) Silicon

                어  원 : 부싯돌의 라틴어 Silex에서 유래됨

                역  사 : 1824년 Jons J. Berzelius에 의해 확인됨

                산  출 : 지각 무게의 25.9%를 차지하는 지구에서 두 번째로 풍부한 원소임

                외  관 : 무정형 Si - 갈색 분말 

              결정형 Si - 푸르스름한 빛을 내는 어두운 회색 

                           순수 Si - SiO2층으로 덮여 있음 

 

그렇다면, 실리콘은 어떻게 반도체의 전기전도도를 조절할 수 있는 걸까요?

 

바로, 반도체 물질에 불순물을 주입하는 하는 것입니다. 이온주입법(ion implantation)은 가장 많이 사용되는 방법으로 주입하는 불순물의 양에 따라 반도체 물질의 전기전도도를 조절할 수 있는데요~ 불순물과 반도체의 관계에 대해서는 다음 3편에서 자세히 알아보도록 하겠습니다.

  

최외곽 전자와 주기율표 바로알기

 

반도체 물질을 이해하기 위해서는 먼저, 원소와 원자의 구조에 대한 기본적인 이해가 필요합니다.

물질을 계속해서 세분해 보면 원자(atom)라는 아주 작은 입자가 되는데요~ 이 원자는 양성자(proton), 중성자(neutron), 전자(electron)로 구성되어 있습니다.

원자는 아래 그림처럼 구성되어 있는데요~ 양성자와 중성자로 된 원자핵을 중심으로 전자들이 일정한 궤도를 돌고 있는 모양을 하고 있어 이는 마치 지구나 화성이 태양 주위를 돌고 있는 태양계의 모양을 연상시킵니다.

              

 

                                                               ▲ 태양계와 같은 모양으로 전자로 둘러 쌓인 Sillicon 원자 구조

여기서, 원자핵 주변을 돌고 있는 전자들은 일정한 궤도를 돌게 되는데 가장 바깥쪽 궤도를 돌고 있는 전자를 '최외각 전자'라고 합니다.  특히, 가장 바깥에 있는 최외각 전자들은 8개를 채우려 하는 성질이 있는데 이것이 원자와 원자를 서로 결합시키는 원동력이 되어 분자(molecule)가 되는데요~ 이러한 분자들이 모이면 물질이 되는 것입니다.

 

최외각 전자의 개수는 원자핵의 양성자 개수와 일치하는데, 1개에서부터 8개까지 존재할 수 있으며 최외각 전자의 개수가 같은 원자들끼리는 유사한 성질을 갖게 됩니다.

                                                                   

                                                                                       ▲ 반도체에 주로 사용되는 원소
                                                                                      Copyrightⓒ1997 Keith Enevoldsen

이처럼 원자들을 최외각 전자의 개수에 따라 분류해 놓은 표를 "주기율표"라고 합니다. 주기율표에 따라 원자들은 Ⅰ족에서부터 Ⅷ족(또는0족)으로 구분되는데요~ 실리콘의 경우 최외각 전자가 4개이므로 Ⅳ족 원소임을 알 수 있겠죠?

 

또한, 붕소(B)원자는 주기율표상에서 보면 Ⅲ족 원소이므로 최외각 전자가 3개! 인(P)이나 비소(As)는 Ⅴ족 원소이므로 최외각 전자의 개수가 5개! 가 되는 것입니다.

 

도무지 무슨 말인지 알쏭달쏭 하시다고요? 그렇다면 다음 시간에는 좀더 심도 깊은 시간으로, 오늘 알아 본 특징을 활용한 진성(Intrinsic)반도체와 불순물(Extrinsic)반도체에 대하여 알아보겠습니다.

기대해 주세요!

 

 

 

 

 

 

 

[출처] www.samsungsemiconstory.com

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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