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Study 차곡차곡/공학 13

[반도체 기초] 에너지 밴드 -1

목차 반도체를 이해하는 가장 기본이 되는 에너지밴드 이론에 대해 알아보겠습니다. 보어의 가설과 파울리의 배타율 보어의 가설은 핵 주위를 도는 전자는 궤도길이 2πr의 정수 배일 때만 특정 궤도에서 돈다는 가설입니다. 즉 전자는 어떤 임의의 궤도에서 회전하고 있는데, 그 임의의 궤도와 다음 궤도 사이에서는 전자가 위치할 수 없고 특정 궤도에서만 전자가 돌 수 있다는 것이 보어의 가설입니다. 파울리의 배타율은 전자계에서 어느 두 전자도 동일한 양자 상태에 있을 수 없다는 것입니다. 이해를 돕기 위해 예를 들어 설명하자면, 특정 시간에 한 사람만 앉을 수 있는 특정 의자가 있습니다. 그 의자에는 현재 A라는 한 사람만이 않아 있을 수 있습니다. 내일에는 다른 사람이 앉을 수 있지만 지금 이 시간에는 한 의자에..

[반도체 기초] 반도체의 결정 구조 -2

목차 다이아몬드 구조 반도체는 다이아몬드 구조로 되어있습니다. 다이아몬드 구조는 1개의 FCC 원자배열에서 또 다른 제2 FCC 구조가 들어있는 면심입방구조를 응용한 구조입니다. FCC 원자배열이 평면으로 있다고 가정하면, 제1 FCC 구조에 제2 FCC 구조가 (1/4, 1/4) 되는 지점에 겹쳐서 들어오게 되는 구조입니다. 즉, 제 1 FCC 원자 배열에서 (1/4, 1/4, 1/4) 위치에 또 하나의 제2 FCC 원자 배열이 존재하는 것입니다. 이것을 Two Interpenetrating FCC 구조라고 합니다. 실제적으로 매우 복잡한 구조이며, 제 1 FCC 내부에 4개의 제2 FCC 원자가 포함되어 있습니다. 따라서 다이아몬드 구조는 단위 세포당 원자의 개수가 8개입니다. 대부분의 반도체 (실리..

[반도체 기초] 반도체의 결정 구조 -1

목차 물질의 결정 구조 물질을 결정질에 따라서 나누면, 비정질이라고 하는 amorphous, 다결정이라고 하는 polycrystalline, 단결정이라고 하는 Single crystalline이 있습니다. 여기서 비정질이란 원자 배열에 주기성이 전혀 없는 경우를 의미합니다. 즉, 비정질은 원자가 배열하는데 아무런 규칙 없이 무질서하게 배열하고 있는 것입니다. 어디는 모여 있고, 어디는 띄어져 있고, 이것이 바로 비정질입니다. 다결정은 물질 내에 결정이 많이 존재하는 경우를 의미합니다. 즉, 부분적으로는 규칙적인 원자 배열을 하지만, 이웃하는 영역과는 원자 배열이 서로 다른 경우입니다. 예를 들어 다결정은 어떤 물질 내의 일부분에 원자 배열이 한 방향으로 되어 있고, 옆 부분은 다른 방향, 또 그 옆 부분..

[반도체 기초] 반도체의 발전과 무어의 법칙

목차 반도체의 분류 반도체는 사전적 의미로 도체와 부도체 사이의 특성을 가지는 물질을 의미합니다. 이런 반도체는 우리가 빛이나 열 또는 불순물을 통해서 전기전도도를 조절할 수 있기 때문에 현대 기술에서 중요한 역할을 합니다. 실제 대부분의 사람들은 반도체라고 하면 반도체 소자를 이야기합니다. 반도체는 메모리 반도체와 비메모리 반도체로 나눌 수 있습니다. 메모리 반도체는 현재 대한민국이 전 세계에서 가장 잘하고 있는 분야입니다. 메모리 반도체는 컴퓨터에 주 메모리로 사용되는 DRAM (Dynamic Random Access Memory)과 대용량의 정보를 저장하는 플래시메모리 (flash memory)가 있습니다. 비메모리 반도체는 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 CPU, 스마트폰이나 스마트 패드에 사용되는 A..

[반도체 기초] 반도체란 무엇인가

목차 반도체의 역사 인류가 반도체를 이해하는 데에는 거의 100년에 가까운 시간이 걸렸습니다. 1833년 마이클 패러데이(Michael Faraday)라는 영국의 물리학자가 이상한 현상을 발견했습니다. 금속은 보통 온도가 올라가면 저항이 높아져서 전기가 안 흐르게 되는데, 온도가 올라갔는데 전기가 잘 흐르는 물질을 발견한 것입니다. 시간이 지나 아일랜드의 전신 기사인 윌러프비 스미스(Willoughby Smith)라는 사람이 비슷한 물질에 빛을 쪼였더니 전기가 잘 흐르는 것을 발견했습니다. 그 당시에 반도체는 빛을 쪼이거나 온도를 바꿔주면 전기 전도도가 바뀌는 이상한 물질이었습니다. 그러다가 이 물질에 금속 전선을 가져갔더니 전류가 한 방향으로 흐른다는 것을 알게 되었습니다. 수십년이 지나 자가디시 찬드..

[화학] 화합물의 명명법

목차 이온 결합 물질의 명명법 이번에는 이온 결합 화합물과 비금속들이 결합하여 만들어진 공유 결합 화합물의 명명법에 대해 알아보겠습니다. 먼저 1족, 2족과 같은 금속과 15, 16, 17족과 같은 비금속들의 결합에서 만들어지는 이온 결합 화합물의 명명법에 대해 알아보겠습니다. 일반적으로 앞부분의 원소가 플러스, 뒷부분의 원소가 마이너스 원소들을 주로 쓰기 때문에 금속 원소가 M자리에 오고 비금속 원소가 N 자리에 표시됩니다. M과 N 옆에 소첨자 a, b는 화합물의 전기적인 중성을 맞추기 위해 사용되는 원자의 개수를 의미합니다. 예를 들어 +2인 칼슘이온과 -1인 염화이온은 전체적으로 중성이 될 수 없기 때문에 CaCl2와 같이 소첨자 b 자리에 2를 넣어서 화합물의 중성을 만드는 방법으로 이온 결합 ..

[화학] 주기율표 - 구성과 원소의 특징

2023.07.23 - [Study/공학] - [화학] 화학의 기본 개념 2023.07.24 - [Study/공학] - [화학] 원자와 원소 - 러더퍼드의 실험과 원자 모형 2023.07.25 - [Study/공학] - [화학] 주기율표 - 원소의 특징 목차 주기율표의 소개와 구성 주기율표는 멘델레예프가 1869년도에 고안하여 만들었습니다. 이 주기율표는 원자들이 가지고 있는 원자번호에 따라서 서로 비슷한 특징을 가진 원소들을 같은 그룹으로 묶어서 표현한 것입니다. 여기서 맨 아래 따로 떨어져있는 두 줄은 원래 56번과 72번 원소 사이와 88번과 104번 원소 사이에 들어가 있어야 하는데, 이렇게 하면 표로 그리기 어려워 따로 빼놓았습니다. 원자핵 속에 들어 있는 양성자 수, 원자번호를 따라서 원자의 ..

[화학] 원자와 원소 - 러더퍼드의 실험과 원자 모형

목차 원자 개념의 발전과 원소 원자는 물질의 특성을 가지고 있는 가장 작은 입자입니다. 이러한 원자의 개념은 과거에서부터 계속 발전되어 왔습니다. 예전에는 가장 작은 입자, 더 이상 쪼갤 수 없는 입자라고 했지만 최근에는 원자가 원자핵, 전자로 분리되고, 또 원자핵도 양성자와 중성자로 분리가 됩니다. 이러한 결과로 물질의 특성을 가지고 있는 가장 작은 입자를 원자의 개념으로 사용하고 있습니다. 어떠한 방법으로도 더 작은 물질로 나눌 수 없는 본질적인 물질을 우리는 원소라고 이야기합니다. 인간이 지구상에서 볼 수 있는 물질의 형태로서 한 가지 원자로 이루어진 물질들은 대부분 원소에 해당합니다. 한 가지 원자로 이루어진 철, 알루미늄 등과 같은 많은 금속들이 다 원소에 해당합니다. 기체 상태로 존재하는 산소..

[화학] 화학의 기본 개념

목차 일상생활과 화학 화학은 물질과 그 물질을 구성하는 성분 원소들, 그 물질이 변화할 때 일어나는 에너지 변화를 관찰하는 학문입니다. 이공계 학생이 아니라면 중, 고등학교 시절 이후에는 화학을 공부할 일이 거의 없을 것입니다. 학창 시절에 화학은 단지 어려운 과목 중 하나라고 생각했을 수도 있습니다. 하지만 일상생활에서 화학은 굉장히 우리의 삶에 가까운 곳에 있습니다. 아침에 씻을 때 쓰는 비누, 치약, 샴푸, 화장품과 일과 중에 잠을 깨우기 위해 마시는 커피, 우리가 보고 듣고 느끼는 과정에서 일어나는 뇌의 자극 등 모든 것들이 화학 물질로 구성되어 있습니다. 샴푸와 비누는 기름 성분과 물을 친하게 만들기 위한 유화제 같은 계면활성화 성분으로 구성되어 있으며, 화장품은 피부의 수분을 보호해 주기 위한..

[광학 기초] 레이저란 무엇인가?

목차 레이저란 무엇인가요? 레이저는 현대 과학과 기술에서 매우 중요한 역할을 하는 기술이며, 그 기초를 정리하고자 합니다. 시작해보겠습니다. 레이저는 "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"의 약자로, 광자를 이용한 강력한 광선을 생성하는 장치입니다. 일반적인 광원과는 달리, 레이저는 단일 파장에서 집중된 광선을 발산하며, 높은 강도와 모노크로매틱성(단일 파장)을 가지고 있습니다. 레이저의 작동 원리는 자극 방출과 자발적 방출을 기반으로 합니다. 일정한 에너지 상태에 있는 원자나 분자를 자극하여 더 높은 에너지 상태로 이행시키고, 이 상태에서 자발적으로 광자를 방출하도록 유도합니다. 방출된 광자는 미러나 굴절경을 통해 앞뒤로 이동하며 지속적으..

[정역학 기초] Vector (벡터) < 1 >

목차 스칼라와 벡터 공학 역학에서 모든 물리량은 스칼라 또는 벡터를 사용하여 측정됩니다. 스칼라는 크기로 지정할 수 있는 양수 또는 음수 물리량입니다. 예로는 길이, 질량 및 시간이 있습니다. 벡터는 크기와 방향이 모두 필요한 물리량입니다. 정역학에서 벡터의 예로는 힘, 위치 및 모멘트가 있습니다. 벡터는 화살표로 표현할 수 있는데, 길이는 벡터의 크기를 나타내며 벡터와 고정 축 사이의 각도는 작용선의 방향을 정의합니다. 점 A에서 점 B로 향하는 선분 AB를 벡터 AB라고 하며, 점 A를 벡터 AB의 시작점, 점 B를 벡터 AB의 종점이라 합니다. 선분 AB의 길이를 벡터의 크기라 하며, 절대값으로 표현합니다. 여기서 크기가 1인 벡터를 단위벡터라 합니다. 벡터 연산 스칼라에 의한 벡터의 곱셈 및 나눗..

[정역학 기초] 소개 및 기본 개념 < 2 >

목차 단위 환산의 중요성 공학에서 단위 환산은 매우 중요합니다. 1. 건축 공학: 건축 공학에서는 길이, 너비, 높이 등의 단위를 정확하게 환산해야 합니다. 예를 들어, 건물의 평면도를 작성할 때 미터(meter) 단위로 계획을 수립하고 도면 작성을 진행하였지만, 시공 현장에서 센티미터(centimeter) 또는 밀리미터(millimeter) 단위로 작업을 수행하면서 단위를 제대로 환산하지 않으면 건축물의 정확한 치수를 유지하기 어렵습니다. 2. 전기 공학: 전기 공학에서는 전압, 전류, 저항 등의 단위를 올바르게 사용해야 합니다. 전압은 보통 볼트(Volt)로 표시되는데, 전기 회로를 설계하거나 전자 기기를 조작할 때, 전압 단위를 제대로 환산하지 않으면 오작동, 과부하 또는 안전 문제가 발생할 수 있..

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