Special  열전재료 개발 최신 동향 및 응용 전망

열전반도체의 전하농도 생성 원리와 제어 기술

백 승 협_ 한국과학기술연구원 전자재료연구단 선임연구원

김 진 상_ 한국과학기술연구원 전자재료연구단 책임연구원

1. 서 론

무엇인가를 제어(control) 할 수 있다는 것은 기분 좋은 일이다. 이것은 어떤 대상을 우리가 원하는 대로 조작(manipulation) 하여 그 대상에 대한 지배력을 행사하는 것으로써, 인간의 자연에 대한 정복 욕구를 자극함과 동시에 순수한 호기심을 충족시킨다. 또한, 그 조작으로 발생한 다양한 결과물들을 이용하여 과거에는 불가능했던 여러 가지 새로운 시도가 가능하게 되며, 이를 통해 우리의 행복과 편익 향상을 도모하기도 한다. 현대문명의 기반이 소재의 물성 제어 기술, 다시 말해 고체의 물리적 성질을 우리가 원하는 대로 제어하는 기술이라고 해도 과언은 아니다. 다양한 물성(기계적, 광학적, 전기적, 자기적 성질 등) 전반에 대해, 소재의 특성을 제어하는 다양한 공학적 기술이 개발되어 왔으며, 이를 지배하는 물리지식도 함께 발전되어 왔다. 소재의 물성을 제어한다는 것은 외부에서 가하는 자극과 그에 따른 소재의 반응 사이의 상관관계를 완벽히 알아야 가능하다.
많은 물질 중에서 실리콘 반도체 소재만큼 인류의 삶에 극적인 영향을 미친 소재는 없을 것이다. 실리콘의 전기적 성질을 제어함으로써, 정보 저장 및 처리가 가능한 소자를 구현할 수 있었고, 이를 바탕으로 현대의 전자, 정보 사회가 가능하게 되었다. 현대의 화려한 전자 산업은 실리콘 반도체 재료에 존재하는 전하농도를 제어하는 기술에서 비롯되었다고 해도 과언이 아니다. 반도체로서 상온에서는 전기적으로 부도체에 가까운 실리콘에 전기가 흐를 수 있도록 자유 전하를 주입하여, 한쪽 방향으로만 전류를 흐르게 하는 다이오드나, 전류의 흐름을 제어할 수 있는 트랜지스터와 같은 새로운 소자가 탄생할 수 있었다.
실리콘 이외의 다양한 소재들에서도 전하의 농도를 제어하여 새로운 물성을 유도하려는 연구들이 활발히 이루어지고 있다.

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