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반도체357

반도체의 전기적 성질 단결정은 원자가 3차원의 주기적 모양으로 배열된 결정을 말한다. 그림에서 보면, 순도가 매우 높고 불순물의 양은 무시할 정도인 순수한 규소(실리콘) 결정의 단순화된 2차원 구조를 나타내고 있다. 각각의 규소원자는 4개의 인접 원자로 둘러싸여 있다. 또 각 원자는 외곽에 4개의 전자를 가지고 있고, 이 전자를 4개의 인접 원자와 공유하고 있다. 두 핵이 전자를 서로 끌어당김으로써 두 원자가 묶여진다. 이 전자 공유는 공유 결합으로 알려져 있다. 저온에서 전자는 각각의 결정 내의 위치에 구속되어 있어서 전기전도에 이용될 수 없다. 고온에서는 열진동으로 일부의 공유 결합이 깨져서 자유전자가 생성된다. 전자가 일단 공유 결합으로부터 벗어나면 그 결합에는 전자 결핍이 생긴다. 이 결핍은 인접 전자 중의 하나에 의.. 2014. 7. 23.
반도체, 그리고 미래 – 양자 컴퓨터 양자 컴퓨터 이번에 알아볼 ‘양자 컴퓨터(Quantum computer)’를 이해하기 위하여, 잠시 물리학의 양자에 관해 살펴보자. ‘양자(量子, Quantum)’란 더 나눌 수 없는 물질 혹은 물리량의 최소량 단위다. 먼저, 물질의 기본 입자 단위인 ‘원자(原子, Atom)’를 예로 들어보자. 원자는 물질의 가장 최소 기본 물질이라고 할 수 있다. 이 원자들이 합쳐져 분자가 되고, 분자들이 모여 손에 잡히는 물질이 된다. 원자 크기는 너무 작아 우리 회사에 있는 고배율 현미경이나 전자 현미경으로도 관찰할 수 없다. 그렇다면 원자는 얼마나 작을까. 원자 하나를 1억 배 정도 크게 만들면 탁구공만 하다고 하고, 이 탁구공을 1억 배만큼 키우면 그 크기가 지구만 하다고 한다. 그러하니 원자의 크기가 얼마나 .. 2014. 7. 21.
반도체와 접합원리 고체 물질은 전기 전도도에 따라 보통 절연체•반도체•도체로 나뉜다. 그림1은 세 부류 중 몇 개의 중요한 물질의 전기전도도 및 이에 상응하는 비저항을 나타내고 있다. 반도체의 전도도는 절연체와 도체의 중간영역이며 일반적으로 온도•조명•자기장 및 미량의 불순물원자에 따라 그 전도도가 민감하게 달라진다. 예를 들면 특별한 종류의 불순물을 0.01％ 이하로 첨가하여도 반도체의 전기전도도를 100,000배 이상 증가시킬 수 있다. 5종류의 반도체에 대해서 불순물원자에 의한 전기전도도의 변화폭이 그림1에 나타나 있다. 반도체 물질의 연구는 19세기초에 시작되었으며 여러 해 동안 많은 반도체가 연구되었다. 표는 반도체와 관련된 주기율표의 일부를 보여주고 있다. 원소반도체는 한 종류의 원자로 구성된 반도체로, 예를 .. 2014. 7. 16.
반도체, 그리고 미래 – 실리콘 반도체의 한계와 그래핀 지난 글에서 이미 알아본 바와 같이, 실리콘을 기반으로 트랜지스터 크기를 줄여 반도체의 성능을 높이는 방법은 결국 궁극에는 한계에 도달하기 마련이다. 그래서 과학자들은 실리콘이 아닌 다른 물질들을 연구하기 시작했다. 이번 호에는 TV나 인터넷에서 들어본 듯한 것 중에 논의가 많이 되는 두 가지, 실리콘보다 성능이 좋다는 ‘그래핀 (Graphene)’ 이라는 물질과 획기적으로 연산 속도가 빠르다는 ‘양자 컴퓨터 (Quantum computer)’에 대해 알아보려 한다. 실리콘 반도체의 한계 반도체 실리콘의 원료가 되는 규소는 지구 상에서 산소 다음으로 많이 차지하는 물질이다. 우리 주위에 보이는 흙 대부분의 구성이 실리콘의 원료인 ‘규소(Silicon)’다. 지금까지 50여 년간 스위치 역할을 하는 반도체.. 2014. 7. 14.
반도체의 일반적인 성질 반도체의 일반적인 성질 전기전도도가 도체와 절연체의 중간 정도인 결정형 고체들. 반도체 물질들은 고유반도체(원소 반도체)와 불순물반도체의 일반적인 2개 그룹으로 나눌 수 있다. 고유반도체는 화학적 순도가 대단히 높고(이 물질들은 1012에 1개 정도의 불순물을 포함함), 전기전도도가 아주 낮으며, 온도에 따라 전기전도도가 크게 변한다. 흔히 쓰이는 고유반도체로는 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소화갈륨(GaAs)의 단결정들이 있다. 이러한 물질들에 일반적으로 106에 1개 정도의 불순물을 첨가하면 기술적으로 더욱 중요한 불순물반도체로 된다. 이 과정을 도핑(doping)이라고 하며, 이것은 물질의 전기적 성질을 변화시켜서 전기전도도를 갑자기 크게 한다. 예를 들어 규소 원소 같은 고유반도체의 원자는 4.. 2014. 7. 8.
반도체, 그 역사의 시작 - 반도체에 대한 이해와 개발의 역사 반도체란 무엇일까. 분명히 우리 생활에 없어서는 안 될 정도로 아주 가까이에 있음에도 불구하고, 이 질문에 만족스러운 대답을 하는 사람은 생각보다 많지 않다. ‘전기가 통하기도 하고, 통하지 않기도 하는 물질’이라는 사전적인 의미만 이야기하는 사람들이 대부분. 그래서 총 세 번의 연재를 통해 반도체의 과거, 현재, 미래를 함께 살펴보면서 반도체에 대한 이해를 돕고자 한다. 반도체란 무엇인가 사전적 의미로 보면, 반도체는 말 그대로 전기가 잘 통하는 도체와 전기가 통하지 않는 부도체 중간의 물질, 그래서 딱 중간물질이라는 의미의 ‘반도체(半導體, semi-conductor)’다. 그럼 도체와 부도체의 중간물질이라는 반도체는 어떤 성질을 가진 물질인가. 반은 사람, 반은 물고기인 인어공주처럼 처음부터 서로 .. 2014. 7. 7.

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