안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
반도체는 전기를 흐르게 하는 동시에 막아주는 특별한 소재로서, 전기의 흐름을 제어하는 역할을 합니다. 반도체 소자는 일반적으로 실리콘과 같은 원자로 이루어져 있으며, 이 원자는 4개의 전자를 외곽껍질에 가지고 있습니다. 이때, 외곽 전자 중 일부는 다른 원자와 공유하여 결합하게 되어 결합전자라고 불리며, 나머지는 자유전자가 됩니다.
반도체 소자에 전기를 가하면, 전자들이 움직이면서 전류가 흐르게 됩니다. 반도체 소자에서는 이 전류를 제어하기 위해 P형과 N형 반도체를 결합하여 P-N 접합을 만들어 사용합니다. P형 반도체는 전자가 적게 존재하는 양자공으로 구성되어 있고, N형 반도체는 전자가 많은 음전자공으로 구성되어 있습니다.
P-N 접합은 P형 반도체와 N형 반도체가 만난 지점으로서, 이 지점에서는 P형 반도체의 결합전자와 N형 반도체의 자유전자가 결합하여 전하를 중립화시킵니다. 이때, P형 반도체 쪽은 전하가 부족하게 되고, N형 반도체 쪽은 전하가 남게 되는데, 이를 이용하여 전류를 제어할 수 있습니다.