¶ 지식 정보
¶ 순수 반도체(고유 반도체)
규소나 저마늄과 같이 원자가 전자가 개인 한 원소로만 이루어진 반도체이다.
¶ 불순물 반도체
전기 전도성을 더 좋게 하기 위해 순수 반도체에 원자가 전자가 개이거나 개인 불순물을 첨가한 것이다.
¶ 도핑
순수 반도체에 일반적으로 원자가 전자가 개이거나 개인 불순물을 첨가하는 과정이다.
¶ p형 반도체
붕소나 알루미늄과 같이 원자가 전자가 개인 원소로 도핑한 반도체이다.
아래 그림과 같이 원자가 전자가 개인 원소에 비해 원자가 전자 개가 부족하여 전자가 비어 있는 자리인 양공이 생긴다.
양공으로 인해 원자가 띠 바로 위에 새로운 에너지 준위인 받개 준위가 만들어진다.
원자가 띠에 있던 전자는 받개 준위로 쉽게 전이하여 원자가 띠에 빈자리(양공)가 생기는데,
이를 통해 원자가 띠에 있는 전자가 이동할 수 있게 되어 전기 전도성이 좋아진다.
¶ n형 반도체
인이나 비소와 같이 원자가 전자가 개인 원소로 도핑한 반도체이다.
아래 그림과 같이 원자가 전자가 개인 원소에 비해 원자가 전자 개가 남아 자유롭게 이동할 수 있다.
남는 전자로 인해 전도띠 바로 아래에 새로운 에너지 준위인 주개 준위가 만들어진다.
주개 준위에 있던 전자는 전도띠로 쉽게 전이하여 전기 전도성이 좋아진다.
¶ 다이오드
전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 해주는 장치이다.
¶ p-n 접합 다이오드
아래 그림과 같이 구조는 와 을 사각형 안에 나타내고,
기호는 형 반도체 쪽의 삼각형과 형 반도체 쪽의 수직선을 통해 나타낸다.
¶ 순방향 전압과 역방향 전압
순방향 전압은 형 반도체와 형 반도체에 각각 전원의 ()극과 ()극을 연결하였을 때 걸리는 전압이고,
역방향 전압은 형 반도체와 형 반도체에 각각 전원의 ()극과 ()극을 연결하였을 때 걸리는 전압이다.
- 순방향 전압이 걸렸을 때:
순방향 전압에 의해 형 반도체의 양공은 형 반도체 쪽으로 이동하고, 형 반도체의 자유 전자는 형 반도체 쪽으로 이동하여 접합면 부근에서 결합한다.
전원에 의해 양공과 자유 전자는 계속 생성되고, 순방향 전압에 의해 이동하여 전류가 형 반도체에서 형 반도체 방향으로 흐른다.
- 역방향 전압이 걸렸을 때:
역방향 전압에 의해 형 반도체의 양공과 형 반도체의 자유 전자는 각각 접합면과 멀어지는 방향으로 이동한다.
이로 인해 양공과 자유 전자가 접합면을 통과하지 못해 전류가 흐르지 않는다.
¶ 발광 다이오드(LED)
아래 그림과 같이 순방향 전압에서 양공과 자유 전자가 결합할 때, 자유 전자가 에너지 준위가 낮은 양공 쪽으로 전이하면서 띠 간격에 해당하는 만큼의 에너지를 빛으로 방출한다.
¶ 시뮬레이션
¶ 적용 문항
¶ 1번 문항
정답: $4$
ㄱ. 순수 반도체는 규소나 저마늄과 같이 원자가 전자가 개인 한 원소로만 이루어진 반도체이고,
는 그림의 배열을 통해 규소 한 원소로만 이루어진 반도체임을 알 수 있으므로 는 순수 반도체이다. (O)
ㄴ. 불순물 반도체는 전기 전도성을 더 좋게 하기 위해 순수 반도체에 원자가 전자가 개이거나 개인 불순물을 첨가한 반도체이다.
와 는 그림의 첨가된 불순물을 통해 불순물 반도체임을 알 수 있으므로 전기 전도성은 (불순물 반도체)가 (순수 반도체)보다 좋다. (X)
ㄷ. 형 반도체는 원자가 전자가 개인 원소로 도핑한 반도체이다.
는 그림의 양공을 통해 원자가 전자가 개인 원소로 도핑한 반도체임을 알 수 있으므로 는 형 반도체이다. (O)
따라서 정답은 번이다.
¶ 2번 문항
정답: $1$
ㄱ. 형 반도체는 인이나 비소와 같이 원자가 전자가 개인 원소로 도핑한 반도체이다.
는 그림의 남는 전자를 통해 원자가 전자가 개인 원소로 도핑한 반도체임을 알 수 있으므로 는 형 반도체이다. (O)
ㄴ. 형 반도체는 원자가 전자가 개인 원소로 도핑한 반도체이다.
는 그림의 양공을 통해 원자가 전자가 개인 원소로 도핑한 반도체임을 알 수 있으므로 는 형 반도체이다.
순방향 전압은 형 반도체와 형 반도체에 각각 전원의 ()극과 ()극을 연결하였을 때 걸리는 전압이고,
역방향 전압은 형 반도체와 형 반도체에 각각 전원의 ()극과 ()극을 연결하였을 때 걸리는 전압이다.
형 반도체인 에는 ()극이, 형 반도체인 에는 ()극이 연결되어 있으므로 다이오드에 순방향 전압이 걸린다. (X)
ㄷ. 순방향 전압이 걸렸을 때 전원에 의해 양공과 자유 전자는 계속 생성되고,
순방향 전압에 의해 이동하여 전류가 형 반도체에서 형 반도체 방향으로 흐른다.
따라서 전류의 방향은 전원 저항 (형 반도체) (형 반도체)이므로 저항에는 ㉠의 반대 방향으로 전류가 흐른다. (X)
따라서 정답은 번이다.