현재 살면서 우리의 삶에서 가장 많은 부분을 차지하는 반도체라는 것이다. 그럼 반도체는 무엇이고 우리의 삶에 얼마나 깊수리의 삶에서 가장 많은 부분을 차지하는 반도체라는 것이다. 그럼 반도체는 무엇이고 우리의 삶에 얼마나 깊숙히 들어와 있을까.
- 반도체란?
- PN접합
반도체란?
반도체는 실리콘(Si)이라는 원소를 이용하여 만들어지고 도체와 부도체의 중간형태를 가진 물질을 말한다. 반도체는 평소에는 전류가 흐르지 않는 부도체의 성질을 가지고 있지만 특정조건에서 전류가 흐르는 도체의 성질을 띄게 된다.
그럼 어떨때 전류가 흐를까? 도체는 두가지의 형태를 가지는데 순수한 형태의 진성 반도체와 불순물을 섞은 불순물 반도체가 있다.
반도체는 실리콘이라는 원소를 이용하게 된 진성 반도체(intrinsic semiconductor)는 4족 원소로 최외각 전자가 4개로 안정적인 형태를 띄고 여기에 3족, 5족 원소를 섞어 N-type, P-type의 불순물 반도체를 만들게 된다.
진성반도체 + 3족원소가 되면 전자가 부족한 Negative-type의 불순물 반도체가 되고, 진성반도체 +5족원소가 되면 전자가 남는(자유전자) Positive-type의 불순물의 반도체가 된다.
이런 불순물반도체들은 Transistor라는 소자가 되고 이런 소자들이 모여 IC CHIP의 형태를 구성하게 된다.
PN접합
Transistor를 이해하기 위해서는 PN접합(PN junction)이라는 구조를 이해해야한다.
PN접합은 앞서 이야기했던 불순물반도체인 N-type 반도체와 P-type 반도체를 붙여 놓은 것을 말한다.
P-type반도체와 N-type반도체가 붙어있는 부분은 전자와 정공의 농도차이가 생기는데 이 농도차이에 의해 전자와 정공의 확산현상이 일어나게 된다. 이때, 자유전자와 정공들은 재결합하게 되고 캐리어가 없는 공핍영역(depletion region)이 된다.
이때, P쪽에는 +전압을 N쪽에는 -전압을 인가하게 되면 P쪽의 다수캐리어는 N쪽으로 넘어가게되고 N쪽의 다수캐리어인 전자는 P쪽으로 넘어가게되고 전류가 흐르는 상태가 된다. 다수캐리어들의 이동을 통해 공핍영역이 줄어들게 되고 이를 우리는 순방향 Bias라고 한다.
역방향 Bias도 있는데, 이는 P쪽에 -전압을 N쪽에 +전압을 인가하게 되는데 P와 N 영역의 다수 캐리어는 전극쪽으로 가고 접합면에는 P와 N의 소수 캐리어들이 모여 재결합을 하게 되는데 기존 공핍영역보다 영역이 커지게 됩니다.
이 PN접합의 공핍영역은 우리가 흔히 말하는 Transistor동작에 기본이 된다.
다음엔 Transistor의 동작원리와 반도체 산업에 대해 알아보도록 하겠습니다.