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반도체
IC및 LSI를 만들기 위해서는 반도체라는 재료를 사용한다. 반도체를 세미컨덕터(Semiconductor)라고 하는데, 어느 물질에 전지를 연결하여 전압을 걸면 전류가 흐른다. 이 때 흐르는 전류의 크기는 전압의 크기에 비례한다.
전압과 전류의 비를 저항이라 한다. 즉 (전압)=(저항)*(전류)라는 관계가 성립하는데, 이는 [옴의 법칙]으로 유명하다.
<그림 1> 옴의 법칙
이 옴의 법칙에 등장하는 저항의 크기는 물질의 종류와 크기에 따라 달라진다. 저항이 커서 전류가 잘 통하지 않는 물질을 부도체 또는 절연체라고 부르며, 저항이 적어 전류가 잘 흐르는 물질을 도체라고 부른다. 유리, 고무, 비닐은 절연체이고, 송전선으로 널리 이용되고 있는 동선과 알루미늄은 도체이다.
이와 같이 저항의 크고 작음은 물질을 구성하는 원자의 성질과 원자 결합방법에 따라 좌우된다. 같은 탄소로 구성되었더라도 다이아몬드는 절연체이지만 흑연은 도체이다. 이 두 물질의 차이는 탄소 결합의 차이 때문이다.
<그림 2> 여러 가지 재료의 고유저항
<그림 2>는 여러 가지 재료의 고유저항을 나타낸 것으로서 실리콘이나 게르마늄 등은 절연체와 도체의 중간인 고유저항을 가지고 있기 때문에 반도체라고 부르며, 다음과 같은 성질을 가지고 있다. 즉 순수한 것은 전기를 잘 통하지 않지만 약간의 불순물을 가하면 어느 정도 전기를 통하게 된다. 반도체는 온도에 의한 저항의 변화가 금속과는 반대이며, 금속은 온도가 높아지면 저항치가 증가하지만 반도체는 온도가 높아지면 저항치가 낮아진다.
한마디로 반도체라 하더라도 그 조성, 특성에 따라 여러 가지 종류가 있다. 실리콘 (Si)및 게르마늄(Ge) 과 같이 한 개의 원소로 만들어진 것이 있다. 또한 갈륨비소(GaAS) 및 인듐인(InP) 과 같이 두 개의 원소로 만들어진 것과, 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)와 같이 세 개의 원소와 갈륨인듐비소인과 같이 네 개의 원소로 만들어진 것도 있다.
이와 같이 두 개 이상의 원소로 만들어진 반도체를 화합물반도체라 부른다. 불순물을 넣어 만든 반도체를 불순물 반도체라 하고, 불순물을 넣지 않은 반도체를 진성반도체라 한다.
원자의 구조
물질을 잘게 쪼개면 그 물질의 성질을 지니고 있는 제일 작은 것을 분자라고 하며, 이 분자를 다시 잘게 쪼갠 것을 원자라고 한다. 원자를 자세히 살펴보면 +전기를 띠고 있는 양자(proton)와 중성자(neutron)로 되어 있는 원자핵과 원자핵을 중심으로 하여 일정한 궤도를 돌고 있는 -전기를 띤 전자로 구성되어 있다
현재 우리가 알고 있는 원소는 103 종류나 되는데, 이 원소들은 원자를 형성하고 있는 원자핵과 이것을 둘러싸고 있는 전자의 수가 각각 다르다.
<그림 3> 원자의 구조
<그림 3> 에서 보는 바와 같이, 원소에 따라 원자핵을 돌고 있는 전자의 수가 각각 다르나, 전자 하나하나는 같은 성질을 가지고 있으며, 전자가 가지고 있는 -전기와 원자핵이 가지고 있는 +전기가 중화하여 원자 자체는 전기적으로 중성이다. 원자 구조에서 원자핵에 가까운, 즉 안쪽의 궤도에 있는 전자는 원자핵에 강하게
끌려 있어 원자핵에서 벗어날 수 없지만, 맨 바깥쪽의 궤도에 있는 전자(이것을 가전자라고 한다)는 원자핵과 결합이 그다지 강하지 못해서 어느 정도 이상의 열이나 빛, 전계 등의 에너지를 가하면 원자핵에서 떨어져 나와 물질 속을 이동하기 시작한다.
은이나 구리 같은 도체는 가전자가 원자핵과의 결합이 약해 떨어져 나가기 쉬우므로 약간의 전압을 가해도 전자는 이동을 시작하여 전류가 흐르게 되나 절연체는 결합력이 강해 전압을 가해도 전류가 흐르기 어렵다. 원소에 따라 가전자의 수가 다른데 탄소, 실리콘, 게르마늄은 각각 4개로 되어 있다.
<그림 4> 게르마늄 원자의 결합
<그림 4>에서 나타난 바와 같이 게르마늄은 각 원자는 4개의 가전자에 의해 다른 4개의원자와 견고하게 결합되어 있으므로 전자는 움직일 수 없어 이 상태에서는 거의 절연물에 가까운 상태로 된다. 이와 같은 상태의 반도체를 순수반도체라고 한다. 현재 트랜지스터에는 게르마늄이나 실리콘이 가장 많이 이용되고 있다.
※ 출처 - http://www.bazi.pe.kr
