진성 반도체의 가전자 수는 몇 개인가?
- 1개
- 2개
- 3개
- 4개
정답과 해설 보기
정답 ④ · 진성 반도체를 구성하는 원소의 가전자 수를 묻는 문제이다. 진성 반도체의 재료인 실리콘과 게르마늄은 모두 IV족 원소로 원자가 전자를 4개 가지며, 이 전자들이 공유 결합을 형성하여 다이아몬드 구조의 기본 결정을 이룬다.
진성 반도체의 원자는 원자가 전자를 4개 가지며, 이는 실리콘과 게르마늄의 공통된 특성이다.
개념 한 쪽
전자캐드기능사 전자의 개념 — 반도체와 도핑
반도체의 전기적 성질은 원자의 원자가 전자 수와 불순물 첨가로 결정된다고 정리한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「전자의 개념」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 원자가 전자 수 확인 | 1 | 진성 반도체의 원자가 전자 수를 묻는 기초 지식을 확인 |
| 전자 방출 명칭 판단 | 1 | 열에 의한 전자 방출을 가리키는 용어를 구분 |
| 도핑과 저항 관계 판단 | 1 | 불순물 첨가가 전도도와 저항에 미치는 영향 판단 |
뜻
진성 반도체는 불순물이 전혀 섞이지 않은 순수한 상태의 반도체를 의미한다고 정의한다. 대표적인 진성 반도체 물질로 실리콘과 게르마늄을 들며, 이 원자들은 원자가 전자를 4개 가지는 IV족 원소로 구성된다고 한다.
반도체는 불순물을 아주 적은 양 섞는 도핑으로 전기 전도도를 크게 조절할 수 있다고 특징지어진다. 불순물 종류와 양에 따라 전자를 많이 가지는 N형 또는 정공을 많이 가지는 P형으로 만들 수 있으며, 도핑을 통해 캐리어 농도가 증가하면 전도도가 증가하고 저항은 감소한다고 정리한다.
온도 변화에 따른 저항의 거동은 물질에 따라 다르다. 금속은 온도가 상승하면 저항이 증가하는 양 온도특성을 보인다고 하고, 반도체는 온도가 상승하면 전자-정공 쌍이 더 많이 생성되어 고유저항이 감소하는 부 온도특성을 보인다고 정리한다.
전자 방출 현상은 원인에 따라 구분한다고 한다. 금속을 가열하여 내부 전자가 열에너지를 얻어 전위장벽을 넘어 탈출하는 현상을 열전자방출이라고 하고, 빛에 의해 전자가 방출되는 현상은 광전자방출이라고 하며, 입자 충돌에 의해 전자가 튀어나오는 현상은 2차전자방출이라고 칭한다고 정리한다.
반도체 소자별 특성과 명칭을 혼동하지 않도록 주의한다. 예를 들어 도핑과 전도도 관계, 소자의 주용도, 소자별 주요 파라미터 등을 구분하여 이해해야 시험 문제에서 정확히 처리할 수 있다고 권한다.
예제
진성 반도체의 원자가 전자 수를 묻는 문제는 '진성 반도체는 원자가 전자 4개'라는 사실을 확인하면 바로 정답을 고를 수 있다고 한다. 도핑의 효과를 묻는 문제는 '불순물 첨가 시 캐리어 증가→전도도 증가→저항 감소' 순으로 원리를 적용하면 오답을 쉽게 걸러낼 수 있다고 한다. 금속의 열특성과 반도체의 열특성을 비교하는 문제는 '금속 온도↑ 저항↑, 반도체 온도↑ 저항↓'라는 대조 구문으로 암기하면 실수를 줄일 수 있다고 권한다.
대표 기출 3문항
금속을 가열하여 어느 정도 고온으로 하면 그 열에너지에 의하여 고체내의 전자가 전위장벽을 넘어서 공간으로 탈출하는 현상은?
- 열전자방출
- 광전자방출
- 2차전자방출
- 전자방출
정답과 해설 보기
정답 ① · 금속을 가열했을 때 열에너지로 전자가 전위장벽을 넘어 탈출하는 현상의 명칭을 묻는 문제이다. 금속 내 자유전자는 평상시 전위장벽에 갇혀 있으나, 고온으로 가열하면 열에너지를 얻어 장벽을 극복하고 표면 밖으로 방출되며 이를 열전자방출이라 한다.
금속 가열로 전자가 열에너지를 얻어 탈출하는 현상을 열전자방출이라 한다.
일반적인 반도체의 특성으로 적합하지 않은 것은?
- 불순물이 섞이면 저항이 증가한다.
- 매우 낮은 온도에서 절연체가 된다.
- 전기적 전도성은 금속과 절연체의 중간적 성질을 가지고 있다.
- 온도가 상승하면 저항이 감소한다.
정답과 해설 보기
정답 ① · 반도체의 일반적인 특성에서 적합하지 않은 것을 고르는 문제이다. 반도체에 불순물을 첨가하면 자유 전자나 정공과 같은 캐리어가 증가하여 전도도가 높아지고 저항은 감소한다.
반도체에 불순물을 첨가하면 자유 전자나 정공이 증가하여 저항이 감소한다.
자주 묻는 물음
- 진성 반도체란 무엇인가?
- 진성 반도체는 불순물이 섞이지 않은 순수한 반도체 물질을 의미한다고 정의하며, 대표 물질인 실리콘과 게르마늄의 원자가 전자는 4개라고 설명한다.
- 도핑은 반도체에 어떤 영향을 주나?
- 도핑은 불순물 원소를 소량 첨가하여 캐리어 농도를 조절하는 방법으로, 캐리어 농도가 늘어나면 전도도가 커지고 결과적으로 저항이 감소한다고 설명한다.
- 금속과 반도체는 온도 상승 시 저항이 어떻게 달라지나?
- 금속은 온도 상승 시 원자 진동 증가로 전자 이동이 방해받아 저항이 증가하는 양 온도특성을 보인다고 하고, 반도체는 온도 상승 시 전자-정공 생성 증가로 저항이 감소하는 부 온도특성을 보인다고 설명한다.
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