1. 반도체 개요 : 물질의 분류, 저항률, 반도체 성질

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목차

1. 전기저항에 따른 물질의 분류

2. 저항률(Resitivity)

3. 부도체와 절연체의 차이

4. 반도체를 구분짓는 반도체의 성질

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반도체란 무엇일까?

1. 전기저항에 따른 물질의 분류

우선은 물질의 분류에 대해 알아보자.

 

물질은 크게 도체, 절연체, 반도체로 나누어진다.

 

구리(도체)

전기가 잘 통하는 물질인 도체,

예를 들면 대부분의 금속이 있다.

 

고무(절연체)

전기가 통하지 않는 물질인 절연체,

예를 들면 유리, 고무 등이 있다.

절연체의 저항값은 수MΩ이상으로 

이상적으로는 전류가 존재할 수 없지만

실제로는 아주 작은 누설전류는 존재한다.

 

 

반도체

그리고 도체와 절연체 중간 어디쯤에 위치한

반도체이다.

 

 

2. 저항률(Resitivity)

앞서서 전기 저항에 따라 물체를

도체, 반도체, 절연체로 구분한다고 했다.

 

그렇다면, 이 저항의 크기를 어떻게 결정지을 수 있을까?

 

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★참고. 저항률 알아보기

 

단위면적당, 단위 길이당 물질의 저항은

저항률(=비저항, 고유저항)로 나타낼 수 있는데

이는 전기의 흐름(전류)을 방해하는 능력을 나타낸다..

 

저항률(ρ)는 위의 식으로 나타낼 수 있는데,

 

여기서 q는 단위전하량,

n, p 는 단위체적당 이동가능한 캐리어(전자, 정공)의

수를 나타낸다.

 

μ(뮤)는 모빌리티 즉, 이동도를 나타내는데

전자와 정공의 이동도는 같지 않기 때문에

정확하게는

전자의 모빌리티, 정공의 모빌리티로 구분해서

사용해야 한다.

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물질에 따른 저항률의 크기를 비교해 보면,

도체인 구리의 경우

저항률의 크기는 10^-6Ω•㎝정도로 저항률이 작고

절연체인 석영의 경우

저항률의 크기는 10¹⁸Ω•㎝정도로 저항률이 크다.

 

 

반도체는 도체와 절연체 중간 어디쯤의

저항률을 가지며 외부조건의 변화에 따라

도체의 성질을 가질수도,

절연체의 성질을 가질 수도 있다.

 

 

3. 부도체 ? 절연체 ?

가끔, 이런 질문을 본 적이 있다.

 

절연체는 부도체인가요?

부도체도 전기가 통하지 않는 물질이 아닌가요?

 

그렇지 않다.

 

부도체는 도체가 아닌 물질을 일컫는 말로,

물질의 구분에서

도체가 아닌 물질은

반도체와 절연체가 있다.

 

따라서, 전기가 통하지 않는 물질을

지징하는 용어는 절연체라고 부르는 것이

더 정확하다.

 

 

4. 반도체를 구분짓는 반도체의 성질

그렇다면, 저항률이라는 수치 외에

반도체를 구분지을 수 있는 성질에는 어떤 것들이 있을까?

 

당연한 말이지만 저항률은 도체와 절연체

중간 어디쯤에 위치해야 하며,

그 외의 조건 세가지를 알아보겠다.

 

① 전기저항의 온도계수가 음(-)의 값

온도가 올라가면 저항이 작아진다.

즉, 전류가 더 강하게 흐른다.

 

 

참고로, 금속의 경우 양(+)의 온도계수를 가진다.

온도가 올라가면 열진동이 강해져 흐름이 오히려 방해되기 때문이다.

 

 

② 불순물(금속원자) 첨가 시 전기저항 크게 변화

일반적으로 반도체에 수량의 불순물을 섞으면

전기저항이 떨어진다.

즉, 전류가 잘 흐르게 된다.

 

③ 광전효과, 홀효과, 정류 작용 등

간단하게 설명하면,

 

- 광전효과(Photoelectir effect)

물체가 빛을 받으면 빛 에너지를 흡수하여 적기적 변화 일으킴

- 홀 효과(Hall effect)

전류가 흐르는 물체에 자계가 인가되면 전계 유도 됨

- 정류작용(Rectifying)

전류가 한쪽방향으로 흐름

 

 

참고로, 위의 네가지(저항률 포함) 조건을 모두 만족하면

반도체라고 할 수 있다.

 

그렇다면, 네가지 조건 중 하나라도 포함되지 않으면

'이건 반도체가 아니야'라고 말 할 수 있는 것일까?

그렇지는 않다.

 

애초에 반도체라는 물질이

도체와 절연체의 중간쯤 있는 물질인만큼

딱 잘라서 구분하기는 쉽지 않다.

 

조건을 많이 만족할 수록 반도체에 더 가깝다,

적게 만족할 수록 절연체에 가깝다

정도로 생각할 수 있다.

 

 

예를 들어, 검정색과 흰색 사이에 있는 색깔이

회색이지만 회색도 진한 회색이 있고

연한 회색이 있는 그런 느낌이랄까,,?