반도체(semiconductor)

[Kim byoungil]

전기전도도에 따른 물질의 분류 가운데 하나로 도체와 부도체의 중간영역에 속한다. 순수한 상태에서는 부도체와 비슷하지만 불순물의 첨가나 기타 조작에 의해 전기전도도가 늘어나기도 한다. 일반적으로 실온에서 10-3~1010Ω·cm 정도의 비저항을 가지나 그 범위가 엄격하게 정해져 있지 않다.

전기전도도에 따라 물질을 분류하면 크게 도체, 반도체, 부도체로 나뉜다.

반도체는 순수한 상태에서 부도체와 비슷한 특성을 보이지만 불순물의 첨가에 의해 전기전도도가 늘어나기도 하고 빛이나 열에너지에 의해 일시적으로 전기전도성을 갖기도 한다. 주기율표상에 14족에 위치하는 저머늄(Ge), 규소(Si) 등이 대표적인 반도체이다. 초창기에는 저머늄이 주로 사용되었지만 현재는 실리콘에 13족의 붕소(B)나 15족의 인(P)등을 첨가하여 사용한다. 최근에는 13족과 15족의 화합물반도체가 쓰이기도 하며 갈륨비소(GaAs;gallium arsenide) 나 인듐인(InP;indium phospide) 등이 있다.

순수한 반도체는 14족 원소로 이루어져 모든 전자가 공유결합을 이룬다. 여기에 15족 원소를 첨가하면 잉여전자가 발생하여 n형 반도체가 되며 13족 원소를 첨가하면 반대로 전자가 부족하게 되어 정공으로 이루어진 p형 반도체가 된다. n형반도체와 p형반도체를 붙여놓으면 p형반도체에서 n형반도체 방향으로는 전류가 잘 흐르며 반대방향으로는 거의 흐르지 않는 정류작용이 일어난다. 이러한 소자를 다이오드(diode)라고 하며 이것이 반도체 소자의 기본이 된다.

반도체는 다이오드와 트랜지스터 등으로 이루어진 집적회로소자 이외에도 열전자방출소자, 전자식 카메라의전하결합소자(CCD; charge coupled device, CCD 이미지 센서)등 첨단 전자산업 부문에 넓게 응용되고 있으며 태양전지나 발광소자에도 사용된다. 이처럼 우리 주변의 대부분의 전자제품에 들어있어 생활에 편리를 가져다 주기 때문에 반도체를 ‘마법의 돌’이라 부르기도 한다.