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 종류 — 도핑·N·P형·온도특성
반도체는 순수한 상태와 불순물을 섞은 상태에서 전기적 성질이 크게 달라진다. 불순물 첨가(도핑)로 전도도를 조절하고 N형과 P형으로 나누며, 온도 변화에 따라 저항 특성이 달라진다. 이들 기본 원리를 이해하면 출제된 선지를 빠르게 판정할 수 있다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「반도체의 종류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 진성 반도체 원자가 전자 수 판정 | 1 | 진성 반도체의 원자가 전자 수를 묻는 기초 지식 확인 |
| 전자방출 현상 용어 연결 | 1 | 가열에 의한 전자 탈출을 지칭하는 명칭을 고르는 문제 |
| N형 반도체 다수 반송자 구분 | 1 | N형에서 전류 운반을 담당하는 주된 반송자를 묻는 기본 개념 |
뜻
진성 반도체는 불순물이 섞이지 않은 순수한 반도체 물질을 의미한다. 대표적인 진성 반도체는 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge)이며, 이 원자들은 원자가 전자를 4개 가지고 있어 결정 구조와 전기적 성질의 기초를 이룬다.
반도체의 중요한 특징은 도핑에 의해 전기 전도도를 크게 조절할 수 있다는 점이다. 3가 원소를 첨가하면 정공이 많아지는 P형이 되고, 5가 원소를 첨가하면 자유전자가 많아지는 N형이 된다. 도너(donor)는 과잉전자를 제공하여 N형을 만들고, 억셉터(acceptor)는 전자를 받아 P형을 만든다.
N형과 P형의 다수·소수 반송자는 구별된다. N형에서는 전자(electron)가 다수 반송자이고 정공(hole)이 소수 반송자이다. P형에서는 정공이 다수 반송자이고 전자가 소수 반송자이다. N과 P의 명칭은 전하의 부호와 대응시켜 외우면 혼동을 줄일 수 있다.
반도체는 온도에 따라 저항이 변하는 성질을 보인다. 금속은 온도가 올라가면 저항이 증가하는 양 온도특성을 보이나, 반도체는 온도가 올라가면 전자-정공 쌍 생성이 증가하여 저항이 감소하는 부 온도특성을 보인다. 이 차이는 금속과 반도체를 구별하는 중요한 물리적 성질이다.
열전 효과의 한 유형도 관련 개념으로 자주 출제된다. 서로 다른 두 금속 또는 반도체를 접속하고 접속점에 온도차를 주면 기전력이 발생하는 현상을 제벡 효과라 부른다. 제벡 효과는 온도차를 전압으로 변환하는 현상이라는 점에서 구분된다.
예제
문제 유형 예시로 진성 반도체의 원자가 전자 수를 묻는 문항이 출제된다. 진성 반도체인 실리콘과 게르마늄은 원자가 전자가 4개이므로 정답은 4개이다. 또 다른 유형으로는 도핑과 반송자 대응을 묻는 문항이 출제된다. 예컨대 N형 반도체의 다수 반송자는 전자이므로 정답은 전자이다. 온도특성을 묻는 문제에서는 금속과 반도체의 대비, 즉 금속은 온도↑ 시 저항↑, 반도체는 온도↑ 시 저항↓를 적용하여 정답을 고른다.
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.
N형 반도체에서 전류를 흐르게 하는 다수 반송자는?
- 원자
- 정공
- 전자
- 불순물
정답과 해설 보기
정답 ③ · N형 반도체의 다수 반송자를 묻는 기본 개념 문제이다. N형 반도체는 5가 원소를 도핑하여 자유전자가 다수 반송자가 되고 정공은 소수 반송자가 된다.
N형 반도체는 전자(음전하)가 다수 반송자이고 정공(양전하)이 소수 반송자이다.
자주 묻는 물음
- 진성 반도체란 무엇인가?
- 진성 반도체는 불순물이 섞이지 않은 순수한 반도체 물질로, 대표적으로 실리콘과 게르마늄이 있으며 원자가 전자가 4개이다.
- N형과 P형 반도체는 어떻게 구분하나?
- N형은 5가 불순물 도핑으로 여분의 전자를 제공하는 도너가 있어 전자가 다수 반송자이고, P형은 3가 불순물로 정공이 다수 반송자이다.
- 반도체와 금속의 온도에 따른 저항 변화는 어떻게 다른가?
- 금속은 온도 상승에 따라 저항이 증가하는 양 온도특성을 보지만, 반도체는 온도 상승으로 전자-정공 쌍이 증가하여 저항이 감소하는 부 온도특성을 보인다.
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