[공부] 반도체 도체 부도체

반도체 도체 부도체

이번 시간에는 중학생을 위해 기본적인 반도체 뿐만 아니라 도체와 부도체를 알아 보도록 하겠습니다!

 

우리가 중학교때 배운 도체와 부도체(절연체)에 대해서는 잘 기억하고 있나요? 도체는 전기가 잘 통하는 물질, 부도체는 전기가 잘 안통하는물질 이라고 배웠을겁니다.

 

그러면 반도체는 반이니까 반만 잘 통한다는 소리인가 라고 생각할 수 있지만 그런뜻이 아닙니다!

 

먼저 도체와 부도체를 설명한 후에 뒤에 반도체에 대해 알려드릴게요!

 

전기가 흐르는 방법

전기가 통한다는 것은 전류가 흐르는것을 의미하는데, 이것은 전자들이 이동해서 생기는것입니다

 

출처:https://energyeducation.ca/wiki/images/thumb/6/6e/Conduction_band.png/360px-Conduction_band.png

너무 쉽게 설명하기 어렵지만, 최대한 간단하게 설명하겠습니다. 빨간색 Valence band가 바로 전자가 존재할 확률이 높고, 원자핵의 전자기력 때문에 마음대로 움직이지 못하는 영역이에요.

 

반면에 파란색 Conduction Band는 전자가 존재할 확률이 낮지만, 원자핵에 영향을 받지 않아 자유롭게 움직일 수 있는 전자가 되며 그걸 자유전자라고 불러요. 이러한 자유전자들이 있을때 전기가 통한다고 생각하면 아주 쉽습니다!

 

여기서 중요한것이 빨간색 영역에 있는 전자가 파란색 영역으로 이동하기 위해서는 적절한 외부의 에너지가 필요합니다.

 적절한 에너지는 파란색과 빨간색 영역 사이의 간격인 Band gap 이상의 에너지를 뜻해요.

 

도체 / 부도체 / 반도체

그럼 여기서 그림을 한번 볼까요?

Metal(금속, 도체)는 빨간색과 파란색이 겹쳐있어 Band gap이 없기 때문에 빨간색에 있는 전자는 언제든지 파란색 영역으로 언제든지 넘어갈 수 있기 때문에, 전류가 굉장히 잘 통해요!

 

반면 Insulator(부도체, 절연체)는 빨간색과 파란색 영역의 간격이 굉장히 커서, Band gap이상의 에너지를 줘야 파란색영역으로 전자가 넘어가기 때문에, 전류가 통하기 힘들고, 잘 통하지 않아요!

(부도체는 전류가 아예 통하지 않는게 아니라, 잘 안통한다는 겁니다. 예를 들어 번개 때문에 나무가 불타는건 엄청난 고압전류, 즉 나무의 밴드갭 이상의 큰 에너지로 인해 나무도 전류가 통해 불타는겁니다!)

 

저 두 물질의 사이가 바로 반도체(Semiconductor) 입니다. 도체처럼 겹쳐있지 않고, 부도체처럼 밴드갭이 엄청큰게 아니라 라, 밴드갭은 있지만 조금만 있는 물질을 바로 반도체라고 합니다.

 

그렇기 때문에 적절한 에너지를 주게 되면 전자가 쉽게 파란색 영역으로 통과하게 되므로 전류가 통하고, 적절한 에너지를 주지 못하면 전류가 안통하는 내맘대로 전류를 통하게하고 통하지 않게 할 수 있는 물질입니다.

 

우리 일상에서 이러한 반도체 성질처럼 키고 끌수 있는 특성을 가진 것이 바로 스위치입니다.

스위치를 끄면 불이 꺼지고, 키면 불이 켜지는것 처럼

반도체를 적절한 에너지를 줘서 키면 전류가흐르고, 적절한 에너지를 주지 않으면 꺼져 전류를 흐르지 못하게 하는 스위치 역할을 하는것이 바로 반도체 입니다.

 

즉 반도체=스위치 라고 생각하면 참 쉽겠죠??

 

최대한 쉽게 설명하려고 했는데, 혹시 어려운점이 있으면 댓글 남겨주시면 더 자세히 알려드릴게요!

다음번에도 더 재밌는 내용을 가지고 오겠습니다!