인문학적 반도체_1.반도체 정의(3)

1장.반도체란 무엇인가?

반도체의 정의

그럼 반도체란 무엇일까요? 

반도체는 통상 전기가 흐르는 물질인 철, 전선, 금속등의 도체와 전기가 흐르지 않는 물질인 나무,유리,플라스틱등 부도체의 중간적 성질의 물질을 뜻합니다. 

半 + 導體

Semi + Conductor

제가 어렸을 때 재미있게 본 ‘마징가Z’ 라는 만화영화에 아수라 백작이라고 있었습니다. 

반은 남자, 반은 여자인 악당 이였죠. 

그럼 반도체는 아수라 백작처럼 반은 도체, 반은 부도체인 물질일까요? 

반도체를 만화속캐릭터로 비유하자면 반도체는 '아수라 백작'이라기 보다는 '헐크'로 비유하는 것이 더 적절하겠습니다. 헐크는 언제 괴물로 변하지요? 평상시 조용한 성격의 과학자가 화가 나면 즉 열을 받으면 헐크로 변하지요? 

반도체도 이와 유사한 물질이라고 설명할 수 있습니다. 반도체란 평상시 부도체와 같이 전기가 흐르지 않다가 특정 환경 예를 들어 열을 가한다던가 빛을 쏘인다던가 특정 불순물을 주입한다던가 하는 상황을 만들면 전기가 통하는 도체로 바뀌는 물질이라고 할 수 있습니다. 

즉 반도체를 한마디로 정의한다면 다음과 같습니다. 

원래는 거의 전기가 통하지 않지만 빛이나 열, 또는 불순물을 가해주면 전기가
통하고 또한 조절도 가능한 물질

라고 말이죠.

반도체를 물리적으로 설명하면 다음과 같습니다.

전자는 마치 지구가 태양을 도는 것처럼 일정한 궤도로 원을 그리며 궤도운동을 하고 있습니다.이런 궤도운동을 하고 있는 에너지 띠(band)가 가전자 띠인데, 전자가 있을 수 없는 금지 띠(band gap)를 넘어 전도 띠로 이동한 전자를 ‘자유전자’라고 합니다. 

양자역학에 따르면 전자는 자신이 가질 수 있는 에너지 양이 연속적이지 않고 1,2,3.. 이런 불연속적인 양을 가집니다. 

그런데 부도체는 전자가 뛰어넘어야 할 금지 띠의 벽이 매우 높아 큰 에너지를 주어야만 전자가 전도 띠로 이동이 가능합니다. 

반면에 도체의 경우 금지 띠의 벽이 낮아 쉽게 전도 띠로 이동 할 수 있습니다. 

반도체는 금지 띠의 벽이 부도체와 도체의 중간 쯤이라고 이해하시면 됩니다.