반도체[半導體 semiconductor]

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반도체 [ 半導體, semiconductor ]란?

본문내용

는데, 이때 필요한 빛의 광량자(光量子) 에너지는 반도체의 전도대역과 가전자대역 사이의 금지영역 폭에 상당하는 에너지보다 커야 한다.
물리학의 양자론(量子論)에 의하면, 빛을 이루는 광량자가 지니고 있는 에너지는 그의 진동수에 비례하며 파장에 반비례한다. 따라서 가전자대역의 전자를 들뜨게 하려면 일정한 파장보다 짧은 파장의 빛을 쬐어주어야 한다. 이 한계파장은 금지영역의 폭 즉, 에너지 갭(gap)이 클수록 짧다. 절연체인 다이아몬드의 경우는 자외선이 필요하지만 규소나 게르마늄 등의 반도체에서는 비교적 파장이 긴 근적외선(近赤外線)의 빛이면 된다. 빛의 파장이 이 한계파장보다 길면 그 빛은 반도체에 흡수되지 않고 투과된다. 한계파장보다 짧게 되면 그 빛을 이루는 광량자의 에너지는 가전자대역의 전자 즉 가전자(價電子)를 들뜨게 하는데 이용되어 반도체에 흡수된다. 광량자를 흡수하여 전도대역으로 상승된 전자와 그 뒤에 가전자대역에 남은 정공은 반도체 외부로부터 전기장이 인가되면 반도체 내부를 이동할 수 있어 그의 전기전도성이 증가된다. 이것이 광전도(光電導) 효과이다.
빛의 파장이 한계파장보다 조금 짧게 되면 빛은 강하게 흡수되기 때문에 전기전도성이 증가되는 부분은 반도체의 극히 표면에 가까운 부분만으로 한정된다. 따라서 반도체 전체에 이르러 전기전도성의 증가를 가져오게 하려면 한계파장에 매우 접근된 파장의 빛을 조사하여야 한다. 반도체에는 광전도효과 이외에도 빛의 조사로 전압을 발생하는 광기전력 효과(光起電力效果)가 있는데, 이것을 이용하면 미약한 빛을 감지할 수도 있고 태양전지나 기타의 광전지를 만들 수 있다.
인공위성에 적재한 태양전지, 벽지(僻地) 등에서 쓰이는 발전용 태양전지 등에는 규소나 비소화갈륨(GaAs) 등을 이용한 p-n 접합형 다이오드 등이 쓰인다. 반도체 속에 존재하는 전자와 정공이 결합하여 소멸될 경우 그의 과잉된 에너지에 비례하는 파장의 빛을 방출하게 되므로, 반도체는 발광소자로도 쓸 수 있다. 이와 같은 효과는 전자식 탁상계산기의 표시장치, 예컨대 발광 다이오드(LED)에 응용되기도 하고, 또 한 변이 1 mm보다 작은 사각형의 반도체 레이저를 만드는 데 이용하기도 한다.
지금도 새로운 반도체 재료와 현상들이 계속 개발되고 있으며, 트랜지스터 ·다이오드 ·집적회로소자 ·텔레비전수상관의 형광막 ·열전자 방출체 ·전자식 카메라 등 첨단 전자산업 부문에 매우 광범하게 응용되고 있다.

키워드

반도체,   semiconductor,   비정질,   결정체,   전기전도현상,   물리적 기구