1급 전파공학전기통론빈출 낮음

반도체의 특성을 바르게 설명한 것은?

자기(磁氣)에 관해서 홀(hole) 효과가 크다

불순물 첨가 시 저항이 증가한다

온도가 상승하면 저항이 증가한다

전기전도도가 도체보다 크다

상세 해설

정답 해설

반도체는 도체와 절연체의 중간적 성질을 가지며, 자기장(磁氣) 내에서 홀(Hall) 효과가 크게 나타납니다. 홀 효과란 전류가 흐르는 도체에 수직 방향으로 자기장 $B$ 를 가하면, 전하 운반자에 로렌츠 힘 $F = q v \times B$ 가 작용하여 전류와 자기장 모두에 수직인 방향으로 전위차(홀 전압 $V_{H}$ )가 발생하는 현상입니다. 반도체는 전하 운반자 밀도가 도체보다 낮아 단위 전하당 받는 힘이 상대적으로 커서 홀 효과가 두드러집니다. 이를 이용해 반도체의 종류(N형/P형), 캐리어 농도, 이동도를 측정할 수 있습니다.

학습 팁

반도체 핵심 특성 4가지: (1) 홀 효과가 크다, (2) 온도↑ → 저항↓(부의 온도계수), (3) 전도도는 도체보다 작다, (4) 불순물 첨가 시 전도도가 변한다(증가). 시험에서 '온도 상승 시 저항 증가'는 도체의 특성이므로 혼동 주의!

오답별 해설

2. 불순물 첨가 시 저항이 증가한다

불순물(도핑) 첨가 시 저항이 증가하는 것이 아니라 오히려 감소합니다. N형 반도체에 5가 원소(P, As, Sb)를 첨가하면 자유전자가 증가하고, P형에 3가 원소(B, Ga, In)를 첨가하면 정공이 증가하여 전도도가 높아집니다.

3. 온도가 상승하면 저항이 증가한다

반도체는 부(-)의 온도계수(NTC)를 가지므로 온도가 상승하면 열에너지에 의해 공유결합이 깨져 자유전자-정공 쌍이 증가하여 저항이 감소합니다. 이는 금속(도체)이 온도 상승 시 저항이 증가하는 정(+)의 온도계수와 반대입니다.

4. 전기전도도가 도체보다 크다

반도체의 전기전도도( $σ$ )는 $1 0^{- 4} \sim 1 0^{4}$ S/m 범위로, 도체( $σ > 1 0^{4}$ S/m)보다 훨씬 작습니다. 도체(예: 구리)의 전도도는 약 $5.8 \times 1 0^{7}$ S/m입니다.