#1 반도체란? (1) 정의

 #1 반도체란? (1) 정의

1)도체의 반정도! 

물질을 분류하는 기준들 중 하나는 '전기가 통하는지, 통하지 않는지'로 나누는 것입니다. 

전기가 통하면 도체라 부르고 전기가 통하지 않는 물질은 부도체라 부르는데요, 이렇게 물질마다 전기가 통하고 통하지 않는 차이는 각 물질이 가진 ‘전기전도도’ 때문입니다.

 

<나무와 철강을 분류할 수 있는 기준, 전기전도도>

전기전도도는 얼마나 전기가 잘 통하는가에 대한 정도입니다. 

즉, 어떤 물질의 전기전도도가 크면 도체이고 작으면 부도체인데 반도체는 도체와 부도체 중간 정도의 전기전도도를 가진 물질입니다.

"반도체가 도체처럼 약간의 전기전도도를 갖긴 했지만, 평소에는 전기가 통하지 않는 상태입니다. 

그럼, 왜 '반 + 도체'라고 부를까요?"

'특정 상황’에서는 반도체의 전기전도도가 높아지고 전기가 잘 통할 수 있기 때문에 "반 정도는 도체다~" 라고 하는것 입니다. 

여기서 ‘특정 상황’이란 반도체가 빛 혹은 열을 받거나 특정 불순물이 섞인 상황을 말하며, 이렇게 전기전도도를 임의로 조절 가능하다는 점이 반도체가 각광받는 이유입니다.

임의로 조절가능한 반도체의 전기전도도를 이해하려면 먼저 반도체라는 녀석이 어떻게 생겼는지 알아야합니다.

2)반도체의 대명사, 실리콘

도체! 하면 철이나 금속, 부도체! 하면 나무나 고무같은 것들이 자연스럽게 떠오르실 거에요. 

마찬가지로, 반도체! 하면 떠올라야하는 대명사는 실리콘(Si, Silicon, 규소) 입니다.

실리콘이란 원소는 아래의 '주기율표'에서 확인할 수 있듯이 14번 원자에 해당합니다.

<멘델레예프의 원소주기율표>

주기율표에대해 아주 간략히 요약하자면, 원소들이 가진 양성자의 갯수로 번호를 매기고 순서와 성질에 따라 배열해 놓은 표입니다.

또한, 원자라는 것이 전기적으로 중성이기 때문에 양성자의 수만큼 전자를 가지고 있습니다.

그러니까 우리가 알고싶은 14번 원자인 실리콘은 14개의 양성자와 전자를 가진 녀석이고 그 생김새는 14개 행성을 가진 태양계와 비슷합니다.

<실리콘의 원자 구조> 

양성자들은 원자핵 속에 있고 양성자 수만큼의 전자가 그 주위를 멤돌며, 하나의 원자는 전기적 중성이 됩니다.

원자핵 주변을 돌고 있는 전자들은 일정한 궤도를 돌게 되는데 가장 바깥쪽 궤도를 돌고 있는 전자를 ‘최외각전자’라고 합니다.

최외각전자들은 8개를 채우려 하는 성질이 있는데 이것이 원자와 원자를 서로 결합시키는 원동력이 되어 원자 -> 분자 -> 물질로 커지는 것입니다.

최외각전자는 1개 ~ 8개까지 존재할 수 있고 최외각전자의 갯수가 같은 원자들끼리는 유사한 성질을 갖게 됩니다. 

왜냐하면 같은 최외각전자의 갯수를 가진 원자들은 최외각전자 8개를 만들기위해 비슷한 행동이나 생각을 할테니까요!

ex1) 최외각전자 6개인 원자들은 전자 2개를 찾아다닌다.

ex2) 최외각전자 7개인 원자들은 전자 1개를 찾아다닌다.

<최외각전자에 의한 산소와 플루오린의 생각차이…>

간단히 말해서, 최외각전자수가 같은 원자들끼리는 비슷한 생각을한다!

이것을 앞서 소개했던 주기율표에서도 확인할 수 있습니다.

주기율표의 첫번째 기둥은 모두 최외각전자수가 하나인 원자들이고 두번째 기둥은 두개입니다.

세번째 ~ 열두번째 기둥은 예외이니 잠시 빼두고 열세번째부터 다시 최외각전자수 셋… 이런식입니다.

첫번째 기둥을 ‘1족’, 두번째 기둥을 ‘2족’이라 부르는데 3~12족은 8개의 최외각전자를 가지려는 규칙을 따르지않아 예외입니다. (이런 원소들을 전이원소라고 해요)

아무튼 13족은 최외각전자 3개, 14족은 4개 ~ 18족 최외각전자 8개 이런식입니다.

꽤 많은 얘기를 했는데 처음부터 정리해보면 반도체는 우리가 임의로 전기전도도를 조절할 수 있고, 가장 대표적인 녀석은 실리콘이다.

실리콘은 14족에 해당하므로 최외각전자를 4개 갖고있다!

반도체는 평소에 전기가 통하지 않고, 특정 상황에서만 전기가 통한다고 했으니 

다음 글에서는 전기가 통하지 않는 이유에 대해 먼저 알아 봅시다~