[반도체 뽀개기2] 반도체 물질의 특성과 기능 // 반도체 관련주 주식 투자 공부

 

반도체 물질의 특성과 기능

 

일반적으로 반도체는 주기율표의 4족에 원소(Elemental)반도체와 3족, 5족 원소들의 결합으로 이뤄지는 화합물(Compound)반도체가 있다.

원소반도체는 한 가지 원소로 구성된 반도체로서 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge)이 있다. 특히, 실리콘은 집적회로 IC(Integrated Circuits)에 가장 많이 사용되는 반도체로 "모래"로부터 얻을 수 있다.

 

그렇다면, 실리콘은 어떻게 반도체의 전기전도도를 조절할 수 있을까?

바로, 반도체 물질에 불순물을 주입하는 방법을 통해 이루어낸다. 이온주입법(ion implantation)은 가장 많이 사용되는 방법으로 주입하는 불순물의 양에 따라 반도체 물질의 전기전도도를 조절할 수 있다. 불순물과 반도체의 관계에 대해서는 이후 포스팅에서 다루겠다.

 

반도체 물질을 이해하기 위해서는 먼저, 원소와 원자의 구조에 대한 기본적인 이해가 필요하다.

 

 

 

 

 

 

최외각 전자와 주기율표 알기

 

물질을 계속해서 세분해 보면 원자(atom)라는 아주 작은 입자가 되는데, 이 원자는 양성자(proton), 중성자(neutron), 전자(electron)로 구성되어 있다. 원자는 아래 그림처럼 양성자와 중성자로 된 원자핵을 중심으로 전자들이 일정한 궤도를 돌고 있는 모양을 하고 있다.

 

여기서, 원자핵 주변을 돌고 있는 전자들은 일정한 궤도를 돌게 되는데 가장 바깥쪽 궤도를 돌고 있는 전자를 '최외각 전자'라고 한다. 특히, 가장 바깥에 있는 최외각 전자들은 8개를 채우려 하는 성질이 있는데 이것이 원자와 원자를 서로 결합시키는 원동력이 되어 분자(molecule)가 된다. 그리고 이러한 분자들이 모이면 물질이 된다.

 

최외각 전자의 개수는 원자핵의 양성자 갯수와 일치하는데, 1개에서부터 8개까지 존재할 수 있으며 최외각 전자의 갯수가 같은 원자들끼리는 유사한 성질을 가지게 된다.

반도체에 주로 사용되는 원소

이처럼 원자들을 최외각 전자의 개수에 따라 분류해 놓은 표를 주기율표라고 한다. 주기율표에 따라 원자들은 I족에서부터 VIII족(또는 0족)으로 구분되는데, 실리콘의 경우 최외각전자가 4개이므로 IV족 원소임을 알 수 있다.

 

또한, 붕소(B)원자는 주기율표상에서 보면 3족 원소이므로 최외각 전자가 3개이고 인(P)이나 비소(As)는 5족 원소이므로 최외각 전자의 개수가 5개가 된다.