[반도체 쉽게 알기 #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 최외각전자가 4개인 원자들로만 이루어진 진성 반도체와 3가, 5가 원소들이 추가된 화합물 반도체가 있습니다. 진성반도체는 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.

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.

최외각 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.

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.

이처럼 원자들을 최외각 전자의 개수에 따라 분류해 놓은 표를 “주기율표“라고 합니다. 주기율표는 원소들을 원자량 순서대로 나열한 것으로, 화학적 성질이 비슷한 원소가 일정한 간격으로 나타나게 되는데요. 주기율표 상 가로줄은 주기(period), 세로줄을 족(group)이라 부르는데, 같은 세로줄에 있는 원소들끼리는 비슷한 화학적 성질을 나타냅니다.

예를 들어, 인(P)과 비소(As)는 같은 세로줄에 위치하는데요. 두 원소 모두 15족 원소이자 5가 원소로 최외각 전자의 개수가 5개인 성질을 가지고 있습니다.

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!

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