공머생의 공부노트

반도체의 전기전도도는 위의 특성에 의해 도체보다는 낮고 부도체보다는 작다. 하지만 이것이 반도체가 전도도를 자유롭게 조절하게 되는 원인은 아니다. 위의 자료의 전기전도도의 특징에서도 볼 수 있듯 부도체, 도체는 전도도가 일정한 편이다. 하지만 반도체(Ge, Si, GaAs...)들은 전도도의 폭이 상대적으로 넓다. 전기 전도도는 트렌지스터나 다이오드 등에서 자유전자의 생성과 컨트롤 하는 정도에 관계하게 되고 결과적으로는 소자의 특성을 발현시키는 가장 핵심적인 원리가 된다. 반도체의 전기전도도의 조절을 가능하게 하는 핵심적인 요소는 반도체 물질 그 자체가 아닌 도핑(doping)이라는 기술에 있다. 순수한 Si결정의 경우 전도도는 10¯⁴ S/cm 정도이다. 하지만 위의 그림처럼 ⅣA족(4가)인 실리콘에 ..

앞선 반도체의 정의에서와 마찬가지로 가장 중요한 반도체의 특성은 공학적으로 전기전도도를 조절 가능하다는 것이다. 이를 위해하기 위해서는 물질의 띠 이론과 전기전도도간의 관계를 이해해야 한다. 고체물리학에서는 원자 하나가 가지는 1s, 2s 오비탈들이 모여 일정한 띠를 형성한다고 이해한다. 주양자수가 높은 (n=2,3..) 전자 들은 원자핵에 이끌려 원자 주위에서 특정한 오비탈을 형성하는데, 만일 같은 원자가 수 많이 모여있다면 그 전자들이 존재할 수 있는 에너지 구역은 띠의 형태를 이루게 된다. Orbital structure of a single atom and energy band of solid 이때 내부의 전자가 이루는 띠중 가장 높은 띠를 가전자띠 (Valence Band, VB)라고 하고 원자..

반도체란 정의상으로 전기가 선택적으로 흐르는 물질, 즉 도체보다는 전류가 안 흐르고 부도체 보다는 전류가 흐르는 물질이다. “상온에서 전기 전도율이 도체와 절연체의 중간 정도인 물질. 낮은 온도에서는 거의 전기가 통하지 않으나 높은 온도에서는 전기가 잘 통한다. 실리콘, 저마늄, 산화 구리 따위가 있으며 정류기(整流器), 다이오드, 집적 회로, 트랜지스터 따위의 전자 소자에 널리 쓴다 / 표준국어대사전” 표준국어대사전에서는 위와 같이 정의를 하는데 이는 앞서 말했던 선택적으로 전류가 흐른다는 개념과 다름없다. 즉 반도체가 전자 장치 응용 및 에너지 변환에 주목을 받는 이유도 항상 전기가 흐르는 것이 아닌 선택적으로 전류가 흐르고 이런 상황을 조절할 수 있기 때문이다. 도체와 부도체 반도체를 구분함에 있어..

OP AMP 란? OP AMP는 현재 회로에서 가장 자주 쓰이는 증폭 회로로서 매우 다양한 역할을 수행하는 IC 칩이다. OP AMP는 말 그대로 Operation(연산) 과 amplification(증폭)의 합성어로 숫자를 더하거나 빼고 심지어 미분 적분하는 역할부터 매우 작은 신호를 트렌지스터 같이 증폭시키는 역할을 수행한다. 연산증폭기는 다양한 종류의 전자 회로에서 중요한 구성 요소(building block)이다. 연산증폭기는 그 기원이 선형, 비선형, 주파수 의존 회로에 쓰이던 아날로그 컴퓨터에 있다. 이득과 같은 최종 요소의 특성이, 온도 변화와 op-amp 자체의 불균일한 제조상태에 거의 의존하지 않고, 외부 부품(component)에 의해서 설정되기 때문에 회로 설계에서 인기가 있다. 연산..

전자에 의한 X선의 산란 (scattering by electron) 공간을 진행하는 X선은 재료에 입사되면 산란을 일으킨다. 산란이란 "빛이 미립자에 부딪혔을 때, 방향을 바꾸어 여러 방면으로 흩어지는 현상" 인데, 즉 말 그대로 X선이 재료에 의해 퍼지는 것 yumy.tistory.com 앞선 포스팅에서 전자기파인 X선이 전자에 의해 산란되는 것을 파동방정식으로 일반화 하였다. 하지만 우리가 실질적으로 물질에 대해 생각할 때는 전자 1개가 아닌 원자의 단위에서 생각할 필요가 있다. 원자와 전자밀도함수의 정의 물질을 자세히 분해해보면 수많은 결정이 복잡하게 결합된 Bulk상태에서, 원자가 입자립 내에서 정돈된 Crystal 상태, 더 확대하면 원자핵과 전자로 이루어진 atom의 상태로 해석할 수 있다...

우리가 회로를 만들고 테스트 할려면 회로 내에서 발생하는 전압이나 전류의 방향과 그 양을 판단해야 하는 경우가 많다. 주로 멀티미터를 활용하여 이를 간단히 수행할 수 있지만 데이터를 불러오거나 가공하기 어렵고, 그래프로 확인해야 하는 경우 하이엔드 장비가 없다면 매우 불편하다. 좋은 전자실험을 위해서는 오차가 적은 멀티미터나 반응속도가 0에 매우 가까운 전문 오실리스코프를 사용하는 것이 맞지만 공부를 하는 입장에서 회로의 거동을 지켜볼 때 조금의 오차는 허용할 만 하다. 그래서 내가 실험에 자주 사용했던 아두이노를 멀티미터로 활용하는 방법을 제시해볼까 한다. 아두이노의 해상도 아래 보이는 것은 우리가 많이 사용하는 아두이노 R3의 설계도인데, 가운데 가장 큰 소자가 바로 아두이노의 핵심인 CPU이다. 아..

회로 오류와 플로팅의 정체 아두이노에서 회로를 테스트 하기 위해 다음과 같은 식으로 회로를 연결해본적이 있을 것이다. 아주 매우 단순한 회로로서 어쩌면 가장 직관적이다. 하지만 이 회로를 실제로 연결해보면 스위치를 누를 때 작동하지 않고 엉뚱할 때 작동하게 될 것이다. 특히 코드에서 digital 신호로서 이를 받아내면 스위치가 완전히 먹통이 된다. 이는 회로가 잘못 구성되거나 아두이노가 망가진 것 때문이 아닌 floting 현상에 의한 것이다. 이를 잘 이해하지 못하고 회로에 문제가 있다고 생각하기 시작하면 회로 구성은 파국으로 빠진다...... 센서와 전선을 전부 납땜하여 테스트하는데 이러한 문제가 있다고 생각하면 소름이 돋는다.... 조금 자세히 신호를 받아서 분석해보면 그 원인을 자세히 알 수 있..

저항이란 ?? 저항은 전류의 흐름을 방해하는 소자로서 전류의 흐름에 따라 에너지가 열로 손실되는 특징을 가지고 있는 소자를 의미한다 일반적으로는 회로 내에서 전류, 전압을 변화시키는 역할을 한다. 저항이 전류를 방해하는 재료공학적인 관점은 아래 포스팅에서 확인할 수 있다. 저항의 이해 저항은 전류를 방해하고 전자의 충돌로서 전류의 에너지를 열로 변환하는 특징을 가진 소자이다. 저항은 가장 기본적인 소자로서 어떤 디바이스에서도 필수적으로 활용됨으로 그 특성을 이해 yumy.tistory.com 저항의 종류와 활용법 저항의 쓰임처는 매우 다양하고 이에 따라 소재의 종류와 형태도 매우 많다. 이 포스팅에서는 자주 사용하는 저항들의 사용법과 활용법에 대해 간단히 서술하겠다. 저항은 형태에 따라 일반적인 저항(R..

저항은 전류를 방해하고 전자의 충돌로서 전류의 에너지를 열로 변환하는 특징을 가진 소자이다. 저항은 가장 기본적인 소자로서 어떤 디바이스에서도 필수적으로 활용됨으로 그 특성을 이해하는 것이 매우 중요하다. 저항의 원리 저항은 말 그래도 전자의 흐름에 "저항"하는 것을 의미한다. 이러한 특징 덕분에 저항 소자는 전류의 흐름을 조절하거나 열을 의도적으로 발생시키는데 활용된다. 가장 기본적인 저항의 원리는 위에서 설명한대로 전자의 흐름을 방해하는 것이다. 이를 자세히 이해하기 위해서는 "전도성"이라는 개념까지 확장되어 이해해야 한다. 전자는 음의 전하를 가지는 물질로서 현대 전자공학에서는 하나의 입자처럼 간주해도 무관하다.(불확정성의 양자역학적 범위 내에서). 만일 자유전자와 금속원자핵이 모여서 균형을 이루는..

1. 이상적인 전극의 거동 앞선 포스팅에서는 전극에서 전자가 흐르는 원리에 대해 간단히 서술하였다. 하지만 반응이 일어날 때 전극 표면에서 전자이동 말고도 다른 복잡한 과정들이 더 발생하는 것으로 알려져 있다. 그 중 중요한 것이 표면상의 커패시턴스인데 표면상의 커패시턴스에 대한 복합적인 분석이 새로운 견해를 주기도 한다. 전극의 표면이 반응이 일어나기에 충분한 포텐셜을 가진다면 전자가 이동하여 반응이 진행되는 Faradaic Reaction 혹은 그 반대인 Nonfaradaic Reaction이 일어난다. 이때 전극은 비분극 되거나 분극 되는 경향을 보이는데, 전자가 이동 가능하여 반응물이 생성되면 비분극 반응이며 이 반대의 경우 분극 반응이다. 대부분의 전극은 분극-비분극의 사이 특성을 가지며 완전한..