안녕하세요? 권영현 기자입니다.

저는 흔히 '산업의 쌀'이라고 불리는

반도체에 대해 설명해 드리려고 합니다.

그럼 시작해 보겠습니다.

[출처 : 이미지투데이] 

반도체란 도체와 부도체의 중간 상태로, 이 특성으로 인해 전압을 조절하거나 키거나 끌 수 있습니다.

반도체는 주로 규소로 만들지만, 탄소나 저마늄 반도체도 존재합니다. 이 글에선 규소 반도체로 다루겠습니다.

반도체는 메모리 반도체와 시스템 반도체로도 나눌 수 있지만, 또 다른 분류 방법이 존재합니다.

바로, 반도체 안에 들어있는 물질의 종류에 따라 고유 반도체, n형 반도체, p형 반도체로 나눌 수 있습니다.

고유 반도체란, 오직 규소로만 이루어진 반도체이며, 사용하는 곳은 거의 없습니다. 왜냐하면,

자유 전자가 없어 전기가 통하기 힘든 분자 구조이기 때문입니다. 그림을 보시죠.

[출처 : 직접 제작]

하지만 이 규소들 중 원자 하나를 바꾼다면 어떻게 될까요? 이렇게 원자 하나를 다른 원소로 교체하는 것을

'도핑한다'고 합니다. 도핑 테스트 할 때 그 도핑 맞습니다. 또한, 아무 원자로 바꿔서도 안 되고, 14±1족 원소,

13족 또는 15족 원소로 도핑해야 합니다. 여기서, 15족 원소로 도핑하면 n형 반도체, 13족 원소로 도핑하면

p형 반도체라고 합니다. 백문불여일견이란 말도 있으니, 그림으로 보여드리겠습니다. 15족, 인을 예시로 들면,

[출처 : 직접 제작]

이렇게 자유전자가 하나 생겨 전기가 쉽게 흐를 수 있습니다. 13족 원소 붕소로도 예시를 들겠습니다.

[출처 : 직접 제작]

전자가 하나 비면서 구멍이 생겼습니다. 이 구멍을 '양공'이라고 부르며, 양공은 양에너지, (+)극의 전기입니다.

양공이 어떻게 전기를 흐르게 하는지 잘 모르겠는 분들을 위해 추가 설명 들어가도록 하겠습니다.

양공은 전자를 끌어당기는 성질이 있어, 전자가 양공의 위치를 채우게 됩니다. 전자가 이동하면서 전자가 있던

위치에는 또 전자가 비게 됩니다. 양공이 생기죠. 이렇게 계속 반복하다 보면 결과는 다음과 같습니다.

[출처 : 직접 제작]

그림 상에서, 양공 왼쪽의 전자가 이동하면서 양공이 왼쪽으로 이동하게 됩니다. 양공이 이동하는 것 같죠?

이러면서 양공은 (+)극 전기를 보낼 수 있게 됩니다. 이것이 p형 반도체의 작동 원리입니다.

한 걸음 더 나아가서, 반도체가 결합한 회로 부품인 다이오드와 트랜지스터에 대해서도 설명해보도록 하겠습니다.

다이오드는 n형 반도체와 p형 반도체가 결합한 것으로, 정식 명칭은 p-n 접합 다이오드입니다.

다이오드는 (+)와 (-)의 방향이 정해져 있어 한쪽 방향으로만 전기가 흐를 수 있게 합니다.

n형 반도체 부분에 (-)극을, p형 반도체 부분에 (+)극의 전선을 연결하면 전류가 순방향으로 잘 흐를 수 있지만,

n형 반도체 부분에 (+)극을, p형 반도체 부분에 (-)극의 전선을 연결하면 전류가 역방향으로 흐르지 못합니다.

교류를 직류로 바꾸는 일을 하는 어댑터도 이 다이오드를 이용해서 만든다는 사실까지 알아두면 좋습니다.

트랜지스터는 세 개의 반도체로 이루어져 있으며, 두 종류가 있습니다. n-p-n형과 p-n-p형입니다.

트랜지스터의 세 부분에는 명칭이 있습니다. 이미터(emitter), 베이스(base), 컬렉터(collector)이죠.

이미터는 자유전자나 양공을 방출하고, 컬렉터는 그 자유전자 또는 양공을 끌어모읍니다.

베이스는 이미터에서 방출한 자유전자 또는 양공을 전달할 수 있게 힘을 실어주지만,

약한 자유전자나 양공들은 반대 성질을 가지고 있는 베이스에서 소멸해 전압을 조절하고, 안정적인 전류를 만듭니다.

컴퓨터에 비유하면 입력-처리-출력에 가깝죠. 이미터와 컬렉터는 같은 종류이지만, 베이스만 다르다는 점도 있습니다.

글만 많으니까 알아듣기 힘들죠? 트랜지스터 모형을 그려 봤습니다.

(화면 크기를 줄여주세요)

[출처 : 직접 제작]

현재 반도체는 세계의 중심에 서서 필수품이 되고 있습니다.

진공관에서 반도체로 발전한 것처럼, 반도체도 다른 것으로 대체될지 모르지만,

반도체는 지금 이 순간에도 매우 중요하니, 반도체에 대해 탐구해보는 시간 가져봤습니다.

이상 반도체에 대한 기사를 마치겠습니다. 권영현 기자였습니다. 감사합니다.