도체와 절연체의 차이점
물질은 전자를 통과시키는 도체, 전자가 통과하지 못하게하는 절연체, 특정 조건에 따라 전자를 통과시키는 반도체로 나뉩니다. 도체, 절연체및 반도체의 차이를 설명하는 가장 쉬운 방법은 밴드 갭의 너비 차이입니다.
밴드 갭은 전자가 존재할 수없는 영역 (금지 된 밴드)입니다. 전기가 전도되는지 여부는 전자가 움직일 수 있는지 여부에 달려 있습니다. 밴드 갭이없는 일반적인 도체는 철, 구리,은, 금 및 알루미늄과 같은 금속 물질입니다.전자는 쉽게 움직일 수 있으므로 전기가 전도 될 수 있습니다. 반대로, 밴드 갭이 큰 절연체는 오일, 유리, 고무 및 세라믹으로 표시됩니다. 밴드 갭이 크기 때문에 전자가 움직일 수없고 전기가 흐르지 않습니다. 반도체는 밴드 갭이 작으며 불순물을 혼합하여 전자와 정공의 흐름을 제어 할 수 있습니다.
이는 정석적인 설명이고 아주 쉽게 설명을 드리기 위해 비유를 해보겠습니다.
전자 : 행인
밴드갭 : 넘어가야 하는 강의 길이
행인이 길을 지나가는데 강이 길을 막고 있는 상황을 생각해보면
1. 강의 길면 행인은 지나갈수 없습니다 =부도체
2.강의 길이가 짧은 경우 그냥 뛰어 넘어갈수 있습니다 = 도체
3. 강의 길이가 뛰어 넘어갈 정도는 아니지만 중간중간에 돌다리가 있어서 밟아서 넘어갈수 있습니다=반도체
이때 돌다리 수가 많을수록 더 빠르고 수월하게 강을 넘어갈수 있겠죠 바로 이 돌다리의 역할이 불순물의 역할입니다. 불순물을 첨가하게 되면 전자 혹은 정공은 이를 이용해 밴드갭을 넘어가고 이로 인해 전류의 흐름이 생기는 것 입니다.
n형과 p형의 차이점
순수한 실리콘과 게르마늄 결정의 특성은 절연체에 가깝고 전압이 가해지면 전기가 거의 흐르지 않습니다. 이것은 결정의 전자가 서로 단단히 결합되어 있고 소수의 전자 만 자유롭게 움직일 수 있기 때문입니다.
그러나 여분의 전자가있는 인과 같은 소량의 불순물 만 첨가하면 도체와 같은 특성으로 바뀝니다. 이것은 전자가 결정에서 자유롭게 움직일 수 있기 때문입니다. 인과 같이 여분의 전자를 가진 불순물을 포함하는 것을 N (negative) 반도체라고하고, 반대로 전자가 거의없는 붕소와 같은 불순물을 포함하는 것을 P (positive) 반도체라고합니다.
P 형 반도체에서는 전자가 부족한 정공 (정공)이 + 전자가 움직이는 것처럼 작용합니다. 이러한 N 및 P 유형을 결합하면 전기장의 방향에 따라 전기가 흐르거나 흐르지 않는 정류 동작이 나타납니다.
트렌지스터
트랜지스터는 증폭 또는 스위치를 작동하는 반도체 장치입니다. 세계 최초의 MOS 트랜지스터는 1960 년 Bell Labs의 Kahng과 Atalla에 의해 성공적으로 제조되었습니다. MOS 형 트랜지스터는 오늘날 가장 일반적인 트랜지스터입니다.
전기를 전도하는 도체와 동일한 성질을 갖는 N 형만의 상태와 달리 P 형 층으로 만들어진 벽이 설치되어 있으며 높이를 조절하여 전자의 흐름을 제어합니다. 결과적으로 매우 작은 신호 전류로 비례 출력 ( 증폭)을 얻을 수 있습니다.
반도체 정의의 확대
전자의 흐름은 어떤 수단에 의해 자유롭게 제어 될 수 있습니다. 이것이 현재 반도체의 일반적인 정의입니다. 즉, 트랜지스터의 재료라면 반도체입니다.그러나 게르마늄과 실리콘만 다룰 때는 원소 주기율표 14족에 속하는 원소만 언급했습니다. 결국 화합물 반도체와 유기 반도체가 연구되기 시작하면서 반도체의 정의가 바뀌었습니다. 이제는 하나의 특정 원소를 언급하는 대신 반도체의 특성을 나타내는 모든 물질을 지칭하게되었습니다.
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