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작성일 : 20-03-30 10:28
<과학을 시로 말하다> 반도체에도 금지대역이 있다
 글쓴이 : 전파과학사
조회 : 64  



우리 사회도 두 세계로 양분화 되어가고 있다. 즉 거부들이 사는 세계와 거기에 속하지 못한 사람들이 거하는 세상으로 나뉘고 있다. 부자들은 더욱더 부자가 되고 가난한 자들은 더욱더 가난해져서, 두 세계의 갭은 시간이 흐를수록 점점 더 벌어지고 있는 것이 지금 우리들의 안타까운 현실이다. 소수의 상위 계층 사람들에게 대부분의 주식과 부동산이 편중되고 있는 부의 집중 현상은 세계적인 추세이다. 전문가들은 부의 집중 현상의 원인으로 세계화를 포함하여 여러 가지를 지적하고 있다. 어쩌면 21세기가 끝나기도 전에 갭은 지구에서 태양까지의 거리만큼 커질지도 모른다. 21세기 후반의 지구는 어떠한 모습일까? 20세기 중반의 지구 모습에 비하면 21세기 초반인 지금, 지구의 모습은 아주 많이 변화했다. 경작지나 공장 부지를 확보하기 위해서 전 세계 삼림의 80% 이상이 파괴되었다. 산업의 발달로 인해서 자동차와 공장에서 나오는 매연으로 공해도 심해졌다. 불과 반세기만에 지구의 무공해 환경이 크게 파괴되었다. 그동안 소수의 부자들은 더욱더 부자가 되었으며 가난한 자들은 여전히 가난하다. 앞으로 반세기 후의 우리의 모습은 어떠한 모습일까? 아마도 지구의 환경은 지속적인 파괴로 더욱더 열악해지고, 막대한 비용을 들여 우주선을 타고 제2의 지구를 찾아 나서기를 원하는 초거부들이 계속해서 생겨날 것이다. 이와 같이 이들 초거부들이 속해 있는 계층(상층)과 그들의 세계를 넘볼 수 없어서 지구에 머물 수밖에 없는 대다수의 사람들이 속해 있는 계층(하층)으로 나눠질 것이다. 인간 세상에서 이들 계층들은 치열한 경쟁 때문에 생겨난다. 마치 반도체에서 수많은 원자들이 서로 가까이 밀집하여 하나의 에너지 준위를 놓고 서로 밀고 당기는 과정에서 에너지 대역들이 생겨나는 것처럼 상층과 하층으로 두 계층이 생겨난다. 이들 두 계층 사이에 존재하는 거대한 간극을 반도체에서는 ‘금지대역’이라고 부른다. 실리콘과 같은 반도체에서 전자들은, 하층부에 있는 ‘가전자대역’이나 상층부에 있는 ‘전도대역’에는 머물 수 있으나, 그 사이에 있는 '금지대역'에는 허용되지 않는다. 하층부와 상층부, 이 두 영역은 충분히 서로 멀리 떨어져 있다. 따라서 하층부 전자들 중에서 아주 운이 좋은 극소수의 전자들만이 상층부 전자가 될 수 있다. 상온에서 순수한 실리콘 반도체의 경우, 대략 확률적으로 보면 1조 개의 하층부 전자 중에서 단지 1개만이 열에너지를 받아서 ‘금지대역’을 뛰어넘어 상층부로 올라갈 수 있다. 이 숫자는, 당연히 온도가 올라가거나 외부에서 빛이 조사되면 증가하지만, 반도체 소자로서의 기능을 원활히 수행하기에는 턱없이 부족한 숫자이다. 그만큼 '금지대역'은 상층부와 하층부를 철저히 다른 세계로 갈라놓고 있다.


 
   
 

 

 

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