미래사회의 핵심 , 반도체

1. 미래사회의 핵심,반도체 10817 정태호

2. 학습목표 • 반도체의 원리를 에너지 띠 구조를 이용하여 설명할 수 있다. • 반도체에서 도핑이란 무엇인지 안다. • 다이오드와 트랜지스터의 원리를 이해한다.

3. 미래의 핵심, 반도체

4. 반도체의 원리 • 원자는 원자 자체의 가장 안정적인 궤도로 돌려는 성질 때문에 힘이 가해지면 궤도의 반지름이 커졌다가 에너지를 방출하며 줄어드는데 이처럼 에너지가 불연속적인 값을 가지게 되는 에너지의 양자화 현상을 겪게된다. • 이때 안정된 상태를 바닥상태,에너지를 지닌 상태를 들뜬 상태라고 한다.

5. 반도체의 원리 • 만약 원자 두개를 가까이 가져가면원자 두개가 가까워 지면서 전자의 에너지가 약간 분리된 상태로 놓이게 되는데, 이는 한 에너지 상태에는 한 개의 전자만 들어갈 수 있기 때문이다.

6. 전도 띠와 가전자 띠 고체는 수많은 원자로 구성되어 있고, 에너지 상태는 아주 많이 분리된 띠를 갖게 된다. 이때, 전자가 채워진 가장 높은 상태의 에너지 띠를 ‘가전자 띠’라고 부르도 반대로 전자가 하나도 없는 부분을 ‘전도 띠’ 라고 부른다.

7. 전도 띠와 가전자 띠 • 만약 전자가 가전자 띠 내에 있으면 원자에 구속되어 있어 움직이지 못하고, 전도 띠 내에서는 자유로워진다. 도체와 반도체, 부도체를 구별하는 것은 ‘띠 간격’인데 반도체는 중간정도를 지녀 주위로부터 일정량의 에너지만 받아도 전자가 전도 띠로 이동할 수 있다.

8. 불순물이 필요해 • 반도체 자체는 에너지 간격이 부도체 보다는 작지만 전기기구용으로는 부족하다, 그 때문에 약간의 불순물을 첨가하는데 이를 ‘도핑’ 이라하고 불순물을 ‘도펀트’ 라고 한다. 그리고 반도체는 도펀트의 종류에 따라 n형과p형으로 나뉜다.

9. n형 반도체,p형 반도체 • 반도체에 가장 많이 쓰이는 원소는 저마늄(게르마늄)이다.이곳에 최 외각 원자 5개인 인(p)이나 비소(as)같은 원소를 넣으면 4개는 저마늄과 결합하고 1개는 남아서 새로운 에너지 띠를 만들어 적은 에너지로도 전자의 이동이 될 수 있게 하는데, 이처럼 음(-)전하를 띤 반도체를 n형 반도체라 한다.

10. n형 반도체,p형 반도체 • n형과는 반대로 저마늄에최외각 전자가 3개인 알루미늄(AI)나 붕소(B)를 넣으면 저마늄 에서 전자 한 개를 빌려와 저마늄 원자 에는 전자 한 개가 비어있는데 이를 양공이라 하며 불순물은 가전자 띠 위에 에너지 띠를 만든다. • 결국양(+)전하를 띤 양공이 주 운반자인 반도체를 P형 반도체라고 한다.

11. 반도체 소자 • LED(발광다이오드) : LED에 전류를 흐르게 하면 한쪽으로는 전류가 흐르고 반대쪽으로는 흐르지 않는다. 그 이유는 P형과N형을 결합한 구조기 때문이다. 다이오드는 전류가 한쪽으로만 흐르게 하기 때문에 정류기에 사용된다.

12. 반도체 소자 • 트랜지스터 : p형과n형을 복합적으로 결합한 소자로 p-n-p형 트랜지스터와 n-p-n형 트랜지스터가 있다. 트랜지스터는 전류와 전압의 흐름을 조절하여 제어하는 역할을 하기에 많은 전자기기에 이용된다.

13. 반도체 소자 • 집적 회로 : 여러 개의 반도체 소자를 하나의 기판위에 정밀하게 부착한 것을 말하며 작은 크기로 만들기 때문에 신호가 빠르고 에너지 소모가 작다.

14. 단원 정리 • 반도체의 가장 중요한 원리는 에너지의 양자화현상이다. • 에너지의 양자화 현상으로 에너지의 띠가 생기고, 허용된 띠 , 금지된 띠가 나뉘며, 에너지 띠의 모임이 가전자 띠와 전도 띠를 만든다. • 이 가전자 띠와 전도 띠 사이의 거리가 도체,반도체,부도체를 결정한다.

15. 단원 정리 • 반도체에 불순물을 넣는 것을 도핑 이라하며, 넣는 물질을 도펀트라고 한다. • 반도체는 n형과 p형 반도체가 있다. • N형은 전도 띠에 새로운 에너지 띠가, p형은 가전자 띠에 새로운 에너지 띠가 있다

16. 단원 정리 • 반도체들을 결합한 것을 반도체 소자 라 하며, 다이오드,트랜지스터,집적회로 등이 있다.

17. 형성평가 • 반도체의 가장 중요한 원리는( ) 다 • 에너지의 양자화 현상 • ( )가도체,반도체,부도체를 결정한다. • 가전자띠와 전도 띠 사이의 거리 • 반도체에 불순물을 넣는 것을 ( )이라하며, 넣는 물질을 ( )라고 한다. • 도핑, 도펀트 • 반도체의 종류에는 ()과 ()가 있다. • N형 p형