세상이 변천하는 게 이렇게 빨라질 줄, 누가 알았을까요?
한 조사에 따르면, 인류가 태어나 지금까지 만들어낸 정보의 총량을 100이라고 할 때, 이 중 90만큼이 불과 5년 사이에 만들어졌다고 할 정도인데요.
인류가 태어나서부터 서기 2003년까지 만들어진 정보량은, 오늘날 이틀이면 만들어지는 정보량과 같다고 합니다.
한마디로 사회 각 분야에서 정보가 넘쳐나는 시대입니다. 그리고 이렇게 ‘넘쳐나는 정보’들의 뒤에서 필수불가결한 것이 있으니… 바로 반도체입니다.
“이 반도체에 대해 이해하는 것이야말로 새로운 시대를 살아가는 우리들에게 요구되는 ‘새로운 교양’이 아닐까?” 이런 생각을 평소에 가져오던 도중, 좋은 기회로 해커스잡 김동민 선생님의 반도체 핵심 강의를 수강하게 되었습니다.
제가 수강 전에 반도체에 대해 알고 있었던 지식은 지극히 상식적인 수준이었습니다. ‘반도체는 특정한 조건에 따라 전류가 통하는 도체(導體)가 될 수도 있고, 전류가 통하지 않는 부도체(不導體)가 될 수 있는 특수한 물질이다’ 정도였으니까요. (그 외에는, 영어로 'semiconductor'라고 부른다는 것 정도?) 사실, 제 인생과는 크게 상관없는 지식 분야라고 여겼습니다.
하지만 본 강의를 통해서 관심사를 넓혀 나갔고, 도체-부도체 전환을 반도체에서 스위칭 역할을 하는 Mosfet이라는 소자가 담당한다는 점을 알게 되었고, 최대한 빠르게 스위칭을 이뤄내는 역량이 반도체의 성능과 직결되는 내용임을 알 수 있었습니다.
그리고 더 학문적인(?) 지식도 조금씩 알아갈 수 있었습니다.
▣반도체의 구분: 진성반도체와 외인성반도체
이론적으로 반도체는 불순물 도핑의 유무에 따라 진성(intrinsic)과 외인성(extrinsic)로 구분됩니다. 불순물 도핑이 없는 진성반도체는 말 그대로 순수한 ‘순물질’입니다. 반면 외인성 반도체는 다시 N형(Negative Type) 반도체와 P형 반도체(Positive Type)로 나눠집니다.
▣에너지 밴드(Energy band)
반도체를 논할 때 빠질 수 없는 개념인데요, 원자가 혼자만이 아닌(즉, 단원자 상태가 아닌) 집단을 이루고 있을 때 전자의 에너지 준위 구조를 가리킵니다. 바로 이 에너지 밴드의 거리에 따라서 도체, 반도체, 부도체를 나누어 살펴볼 수 있는데요.
즉, 컨덕션 밴드와 밸런스 밴드 사이의 거리를 가리키는 ‘밴드갭(band gap)’이 얼마가 되느냐가 관건인데요.
도체는 컨덕션 밴드(conduction band)와 밸런스 밴드(valance band)가 오버랩되어 있어서 그 이상 불순물을 더 넣어도 변함없이 동일한 양의 전류만이 흘러, 전기전도도가 제어되지 않는 물체를 말합니다. 반면 반도체의 경우에는 ‘반(semi-)’이라는 접두사가 알려주듯, 두 밴드 사이의 거리가 적절히 이격되어 있어서 온도 변화 혹은 불순물 첨가를 통해 전기전도도를 컨트롤할 수 있는 것이지요.
‘밴드갭’이 너무 멀면 말 그대로 전기가 이동할 매개가 없는 셈이므로, 온도 변화나 불순물 첨가로도 전기가 통하지 않습니다. 전기전도도 제어가 되지 않는 것이지요.
요약하자면, ①컨덕션 밴드와 밸런스 밴드 사이의 거리를 밴드갭이라 부르고, ②이 거리가 적절히 배치되어야 반도체로 활용할 수 있다는 것이죠!
실리콘(Si)이 반도체로 활용되는 이유도 바로 여기에 있는데요.
실리콘의 가장 바깥의 층, 즉 ‘최외각 껍질’인 3번째 껍질은 3S와 3P로 나누어지는데, 3S에는 전자가 2개 존재하고, 3P에는 2개, state가 4개 존재합니다. 원자 간 거리가 가까우면 가까워질수록 3S와 3P가 중첩(overlap)되면서 electron과 state의 에너지 준위가 나뉩니다. 곧 전자(electron)으로 가득 찬 밸런스 밴드(valance band)와 state만 가득한 컨덕션 밴드(conduction band)가 형성되고, 그 사이로 전자(electron)가 안정적으로 존재할 수 없는 밴드갭(band gap)이 형성되는 원리입니다.
“반도체는 전기 스위치다. 왜? on & off 스위치처럼 작동하니까!”라고 간단하게 이해했던 제가 이론적으로 반도체를 이해한 것은 처음입니다.
그만큼 김동민 선생님의 강의는 초심자, 인문사회과학도가 듣기에도 어렵지 않고 배울만 합니다. 입문자들을 배려하셔서 염두에 두고 강의하시기 때문에, 차근차근 잘 설명해 주시는 것이 인상적이었습니다. 특히 제공되는 교안과 풍부한 설명은 어려운 부분을 적절한 예시로 설명해 주셔서 정말 이해가 잘 되었습니다.
해당 게시글의 저작권은 작성자와 해커스공기업 사이트에 있으며, 해커스공기업에서 제작하는 자료 등에 활용 될 수 있습니다. 무단 도용 및 퍼가기를 금지합니다.
댓글 1개
