진성 반도체의 가전자 수는 몇 개인가?
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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 반도체의 재료 — 도핑과 물성
반도체는 불순물을 첨가하거나 온도를 변화시켜 전기적 성질을 크게 바꿀 수 있는 물질군이다. 반도체 소자와 회로의 동작 원리를 이해하려면 도핑, 원자가 전자 수, 온도에 따른 저항 변화, 소자별 접합 구조와 제어 방식 등을 분명히 알아야 한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「반도체의 재료」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 진성 반도체의 원자가 전자 수 확인 | 1 | 진성 반도체의 원자가 전자 수를 확인하여 물질을 식별하기 |
| 전자 방출 원인 판별 | 1 | 열에 의한 전자 방출 현상을 특정 용어로 지칭하기 |
| 도핑과 저항 변화 이해 | 1 | 불순물 첨가가 반도체 저항에 미치는 영향을 판단하기 |
뜻
진성 반도체는 불순물이 섞이지 않은 순수한 반도체 물질을 말하며, 대표적으로 실리콘과 게르마늄이 있다. 이 원자들은 원자가 전자를 4개 가지고 있어 공유 결합을 형성하며 반도체의 기본 구조를 이룬다.
반도체는 불순물을 약간 첨가하는 도핑으로 전하 운반자 농도를 크게 조절할 수 있다. 도핑을 하면 자유 전자나 정공이 늘어나 전도도가 높아지고 결과적으로 저항은 감소한다.
온도의 변화에 따른 저항 특성은 물질에 따라 다르다. 금속은 온도가 올라가면 저항이 증가하는 양(+) 온도특성을 보이는 반면, 반도체는 온도가 올라가면 전자-정공 쌍이 더 많이 생성되어 저항이 감소하는 부(-) 온도특성을 보인다.
다양한 반도체 소자의 동작 원리와 구조도 구분해야 한다. 다이오드는 PN 접합의 정류 작용을 이용하고, FET는 게이트 전압으로 채널 전도도를 제어하는 전압 제어 소자이다. 집적회로(IC)는 소형화와 대량집적의 장점이 있으나 칩 단위에서 대전력 처리에는 적합하지 않다. 금속을 가열해 전자가 표면을 탈출하는 현상은 열전자방출로 불린다.
예제
도핑의 효과를 묻는 문제에서는 '불순물을 첨가하면 저항이 증가한다'는 선지가 있으면 반대로 판단해야 한다. PN 접합을 묻는 문제에서는 다이오드의 기본 구조로 PN 접합을 고르면 되고, 전자 방출의 원인을 묻는 문제에서는 열에 의한 방출을 열전자방출로 매칭하면 정답을 찾는다. FET 관련 문제에서는 게이트 전압이 드레인 전류를 제어한다는 점을 먼저 확인한다.
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 반도체의 원자가 전자 수는 몇 개인가?
- 진성 반도체의 원자는 원자가 전자를 4개 가지며 실리콘과 게르마늄이 이에 해당한다.
- 도핑이 반도체의 저항에 미치는 영향은 무엇인가?
- 불순물을 첨가하면 자유 전자나 정공 같은 전하 운반자가 증가하므로 전도도가 커지고 결과적으로 저항은 감소한다.
- 반도체와 금속은 온도 상승에 따라 저항이 어떻게 변하나?
- 금속은 온도가 상승하면 저항이 증가하는 양 온도특성을 보나, 반도체는 온도가 상승하면 전하 운반자가 늘어나 저항이 감소하는 부 온도특성을 보인다.
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