#1 반도체란? (2) 전류가 흐르지 않는 경우

#1 반도체란? (2) 전류가 흐르지 않는 경우

이전글에선 반도체가 어떤 녀석인지, 그리고 실리콘의 구조에대해 알아보았습니다.

이제 반도체가 평소에는 전기가 통하지 않는 이유를 알아보기위해 실리콘이 여러개가 모여있는 상황을 이해해야합니다.

왜냐하면 실제로 실리콘을 포함한 모든 원소들이 단일한 원자로만 존재하는 경우는 거의 없거든요!

3)실리콘간의 결합, 공유결합

실리콘 원자는 최외각전자를 4개 가졌다고 했죠?

이것을 보기쉽게 도식화 한것이 ‘루이스 전자점식’이고, 아래 그림은 실리콘을 루이스 전자점식으로 나타낸 예시입니다.

(전자점식에 그려지는 전자는 사실 최외각전자가 아닌 '원자가전자'이지만, 이 글에서는 이것에 대한 설명을 생략하도록 하겠습니다.) 

실리콘이 훨씬 간단해졌죠??

이제 실리콘 원자가 혼자 있는것이 아니라 두개 있다고 생각해봅시다.

각 실리콘 원자는 최외각전자를 4개 가지고 있는데, 8개를 가지고 싶어하는 성질이 있다고 했습니다.

그래서 4개를 가졌을때 보다 5개를 가질때 좀 더 마음이 편안해지기 때문에, 옆에 있는 실리콘과 전자를 하나씩 나누면서 결합하는 '공유결합'을 하게 됩니다.

<실리콘의 공유결합(Covalent bond)>

*참고1 : 실리콘이 대표적인 반도체라 계속 실리콘으로 설명하는데, 반도체는 기본적으로 공유결합을 하고있습니다.

4)실리콘의 단결정, 진성(Intrinsic) 반도체

이제 실리콘이 무수히 많다고 생각해보면, 실리콘은 사방으로 공유결합하게되고 최외각전자 8개를 만들어 안정화된 상태로 존재하게 됩니다.

이런식으로 실리콘 원자가 규칙적으로 배열 되는데 이것을 ‘단결정(single crystal)’이라고 합니다. 

이것을 실제 우리 눈으로 보면 아래 사진과 유사한 모습입니다. (사진은 SiO2의 단결정입니다..)

<단결정 참고용 사진, SiO2, 석영>

단결정이란 이름처럼 뭔가 순수해 보이죠?

아무튼 이전글에서 반도체는 평소에 전기가 통하지 않는 상태라고 했었는데,

전기가 통한다는 것은 어떤 물질에 전압이 가해졌을때 그 힘을따라 전하(실리콘에서 양성자 혹은 전자)가 움직이는 것 입니다.

<어떤 물질에 전류가 흐를때의 예시>

그런데 순수한 실리콘에서는 실리콘 원자들이 모두 공유결합을 하고있기 때문에, 움직일만한 전하가 없어서 전류가 흐르지 않으며 이것을 ‘진성(Intrinsic) 반도체’라고 부릅니다.

*참고2  :  Intrinsic의 뜻은 '고유한, 본질적인' 입니다. 

*참고3 : 공유결합과 마찬가지로… 실리콘만 단결정을 형성하는것은 아닙니다. 

자, 정리해보면 별거 없네요.

(1) 실리콘 원자가 공유결합을 통해 규칙적으로 배열돼서 결정(crystal)이 된다.

(2) 근데 이 결정의 전자들은 모두 공유결합하는데 쓰였기 때문에 전압이 걸려도 전류가 흐르지 않는다.

(3) 이렇게 순수하기 때문에 전류가 흐르지않는 반도체를 진성(Intrinsic) 반도체라 부른다.

다음 글에서는 반도체의 전기전도도가 변하며 전기가 통할 수 있게되는 ‘특정 상황’에 대해 공부해 봅시다~