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반도체란 무엇일까요?
•도체 (Conductor): "전류가 잘 흐르는 물질"로 철, 구리, 알루미늄, 금 등을 말한다.
• 부도체 (Insulator): "전류가 흐르지 않는 물질"로 유리, 플라스틱, 나무 등을 말한다.
• 반도체 (Semiconductor): “전류가 흐르는 정도가 도체와 부도체의 중간인 물질”이다.
• 전자공학에서는 전기가 흐르는 정도를 '전기전도도 (conductivity)'라 칭하는데, 도체는 전기전도도가 아주 크고, 부도체는 거의 0(제로)이며, 반도체는 그 중간 정도의 전기전도도를 가진다.
• 반도체가 중요한 이유는 전기적인 신호를 가하거나, 불순물을 첨가하거나, 온도를 변화하거나, 빛에 노출시키면 그 전기적인 특성이 도체 혹은 부도체와 유사하게 변화한다는 것이다. 특히 전기적인 신호를 이용하여 전기적인 특성을 도체 혹은 부도체와 유사하게 변화시킬 수 있다는 점이 중요한데 이는 전기 신호만으로 정보를 처리하거나 저장할 수 있는 전자회로의 구현이 가능하다는 점을 시사한다.
■ 반도체의 종류
실리콘 (Si), 게르마늄 (Ge), 탄소 (C)와 같이 단일한 원소로 구성된 반도체가 있는 반면, SiC, GaAs, GaN, CdSe, SiGe 등과 같이 두가지 이상의 원소로 구성된 반도체도 존재한다
• 일반적으로는 실리콘 (Si)이 반도체 산업의 주류를 형성하고 있다.
P형 반도체(P=Positive)
Si(실리콘)보다 가전자의 1개 적은 B(붕소)를 극히 소량 더해 주면 전자가 빠지는 현상이 일어난다.
이 빠진 구멍을 정공이라고하고 이것이 P형 반도체가 된다.
N형 반도체(N=Negative)
Si(실리콘)에 가전자가 1개 많은 P(린)를 소량 더한 것은, P(린)가 가지고 있던 전자가 남으므로 이것이 자유 전자가 되어, 전류가 흐르게 되는데 이것이 N형 반도체가 된다.
PN 접합 반도체
P형 반도체와 N형 반도체를 접합하면, 접합면에 확산이라고 하는 현상이 일어난다.
확산이란 온도차이에 의해 이동하는 현상을 말하며, 정공은 P측에서 N측으로, 전자는 N측에서 P측으로 이동한다.
접합 부근에서 정공과 전자의 결합이 어느 정도 진행되면 멈춘다.
이 영역을 캐리어가 없다고 해서 공핍층이라고 한다.
소수캐리어 와 다수캐리어
반도체 안에는 전류를 운반하기 위해 자유전자와 정공이 공존한다.
캐리어에는 2종류의 캐리어가 있으며, 소수 캐리어와 다수 캐리어가 있다.
p형 반도체를 예로 들면, 정공이 여분으로 있다.
그리고, 이 여분의 정공이 자유 전자를 확보하기 위해, 자유 전자가 적게 된다.
이와 같이, 적은 쪽의 캐리어를 「소수 캐리어」라고 하고 반대로, 많은 쪽의 캐리어를 「다수 캐리어」라고 한다.
PN 접합에 전압을 가했을 때, 전류가 흐르는 방향을 '순 바이어스'라고 하고 반대로 전류가 흐르지 않는 방향을 ‘역 바이어스’라고 한다.
트랜지스터는 반도체를 3개 접합시킨 것으로, PNP 접합의 것과 NPN 접합의 것이 있다.
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