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 반도체의 성질 — 도핑·온도특성·소자작용
반도체는 불순물 첨가로 전기 전도도를 크게 조절할 수 있고, 온도 변화에 따라 저항 특성이 달라지며, PN 접합 등으로 단방향 전류 흐름 같은 소자 동작을 보이는 물질군이다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「반도체의 성질」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 진성 반도체 기초 지식 | 1 | 진성 반도체의 원자가 전자 수를 묻는 기초 지식 |
| PN 접합 다이오드 동작 | 1 | 다이오드의 기본 동작(정류 작용)을 묻는 소자 이해 |
| 전자 방출 현상 명칭 | 1 | 열에 의한 전자 방출을 가리키는 용어를 묻는 현상 명칭 |
뜻
진성 반도체는 불순물이 전혀 섞이지 않은 순수한 반도체 물질을 가리키며, 대표적으로 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge)이 해당한다. 이 원자들은 원자가 전자 4개를 가지며 이 4개의 전자는 이웃 원자와 공유 결합을 형성하여 결정 구조를 만든다. 진성 반도체의 원자가 전자 수가 4개라는 사실은 기본 기초 지식이다.
도핑은 반도체에 불순물을 소량 첨가하여 전기적 성질을 조절하는 과정이다. 5가 원소를 첨가하면 자유 전자가 증가하여 N형 반도체가 되고, 3가 원소를 첨가하면 정공이 증가하여 P형 반도체가 된다. 불순물의 종류와 양에 따라 전하 운반자 농도를 조절하므로 전도도와 저항이 크게 변한다.
온도에 따른 저항 특성은 물질 종류에 따라 다르다. 금속은 온도 상승 시 격자 진동이 커져 전자 이동이 방해받아 저항이 증가하는 양 온도특성을 보인다. 반대로 반도체는 온도가 상승하면 전자-정공 쌍이 더 많이 생성되어 캐리어 농도가 증가하므로 저항이 감소하는 부 온도특성을 보인다.
반도체 소자는 도핑과 접합 구조를 통해 특정 동작을 수행한다. PN 접합 다이오드는 한쪽 방향으로만 전류가 흐르도록 하는 정류작용을 하여 교류를 직류로 변환하는 데 이용한다. 트랜지스터와 FET 등은 도핑 형태와 구조에 따라 증폭이나 스위치 기능을 수행하며, FET은 전압으로 제어하는 전압제어소자라는 점에서 BJT와 구분된다.
열전자방출, 광전자방출, 2차전자방출 등 전자 방출 현상은 자극의 종류에 따라 명칭이 달라진다. 금속을 가열하여 내부 전자가 열에너지를 얻어 표면 장벽을 넘어 탈출하는 현상은 열전자방출로 지칭한다.
예제
문제에서는 도핑의 기본 원리, 진성 반도체의 원자가 전자 수, 온도에 따른 저항 변화, 다이오드의 정류작용, 전자방출 명칭을 주로 묻는다. 예컨대 '진성 반도체의 원자가 전자 수'는 실리콘·게르마늄의 원자가 전자 4개를 기억해야 맞히기 쉽다. 'N형을 만드는 불순물'으로 비소(As)와 같이 5가 원소를 고르면 정답이다. '온도 상승 시 고유저항이 떨어지는 물질'은 반도체로 선택하면 된다. '금속을 가열해 전자가 탈출하는 현상'은 열전자방출이라는 용어를 대응하여 풀어야 한다. 다이오드의 경우 핵심 단어 '단방향'을 떠올려 정류작용을 연결하면 문항을 정확히 구분할 수 있다.
대표 기출 3문항
반도체로 만든 PN 접합다이오드는 무슨 작용을 하는가?
- 증폭작용
- 정류작용
- 필터작용
- 변조작용
정답과 해설 보기
정답 ② · PN 접합다이오드의 기본 동작 작용을 묻는 문제이다. PN 접합다이오드는 순방향으로만 전류를 통과시키는 단방향 도통성을 가지므로 교류를 직류로 바꾸는 정류작용의 핵심 소자이다.
PN 접합 다이오드는 한쪽 방향의 전류만 통과시키는 정류작용을 하여 교류를 직류로 변환한다.
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.
자주 묻는 물음
- 진성 반도체란 무엇인가?
- 진성 반도체는 불순물이 섞이지 않은 순수한 반도체로, 대표적 물질인 실리콘과 게르마늄은 원자가 전자 4개를 가진다.
- N형과 P형 반도체는 어떻게 구분하나?
- N형은 5가 원소를 도핑하여 자유 전자를 다수 캐리어로 만들고, P형은 3가 원소를 도핑하여 정공을 다수 캐리어로 만든다.
- 반도체와 금속은 온도에 따라 저항이 어떻게 달라지나?
- 금속은 온도 상승 시 저항이 증가하는 양 온도특성을 보이고, 반도체는 온도 상승 시 전자-정공 쌍 생성으로 저항이 감소하는 부 온도특성을 보인다.
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