전자에대해 궁금한점이,,답변좀(내공 100)

1.  반도체란 무엇이고 무슨기능을 하나요?

우리생활 곳곳에 아빠의 손을 거친 반도체가 숨어있다! [민정원 어린이기자]

안녕하세요!
민정원기자 입니다.
저는 저희 아빠가 회사에서 하시는 일에 대해 알아보았습니다.
아빠는 삼성전자 System LSI사업부에서 근무하고 계시며 그곳에서 제조 기술부서 에서 근무하고 계십니다.

먼저 반도체에 대해서 알아볼까요?

반도체란 도체와 부도체의 중간물질이며, 평상시에는 전기가 통하지 않고 열을 가하거나 불순물을 넣으면 전기가 통하는 물질입니다. 이 반도체를 이용해서 고집적도 IC(integrated circuit)라는 부품이 만들어 지고 이것이 모든 전자제품에 핵심 부품으로 사용되는데 반도체의 완성품은 이런모습입니다 ~ 짜잔

출처 - 백과사전

반도체의 모습이 꼭 여러 발 달린 지네의 모습같지요?^^

본론으로 들어가서.

아빠는 회사에서 아래와 같은 모습의 제품을 만들고 계십니다.

맨위 사진은 완성품이구요, 바로 위의 사진은 '실리콘웨이퍼'라고 하는 것입니다.
아래의 실리콘 웨이퍼 상태로 만든후 포장을 하면 완성품이 되는 것입니다.
아빠는 이러한 제품을 만드는 과정에서 문제점들을 찾아 해결하는 일을 하십니다.

자, 그러면 아빠가 만드시는 반도체가 우리 생활 어디에 사용되는지 쉽게 알아보겠습니다.

가장 손쉽게 볼 수 있는 것은 바로 신용카드 입니다.
신용카드 왼쪽 정사각형이 바로 반도체 입니다. 이곳에 많은 정보를 저장할 수 있습니다.

그 다음으로, 노트북 입니다.
노트북에 많은 정보를 저장하기 위해서는 반도체가 필수적으로 필요합니다.

마지막으로, 한가지만 더 소개하자면 바로 휴대폰 입니다.
휴대폰에는 많은 사람들의 전화번호와 메세지를 저장하죠.

평소에 아빠가 무슨일을 하시는지 매우 궁금했는데, 이 기사를 쓰면서 잘 알게 되었습니다.
또, 덕분에 많은 정보들을 얻게 되어서 기쁩니다. 
처음으로 써본 기사라 아직은 많이 부족하지만 이 글을 읽는 사람들에게 유익한 정보가 되었으면 좋겠습니다~^^

http://juniorsamsung.tistory.com/m/post/view/id/854

 

 

2. 공학에서는 수학이 왜 필요한가요?

 

공업수학이란

 

공업수학은 공학의 전분야에 걸쳐 기초가되는 중요한 과목으로, 현재 대부분의 대학에서 공과 대학 2년생의 교과과정에 포함되어 있습니다. 그 활용성의 방대함에 비례하여 60여종의 교재가 출판되어 있으나, 출판되어 있는 교재들에 대한 체계적인 소개가 없어 교재 선택에 어려움이 있습니다. 다음은 우리나라에서 쉽게 구할 수 있는 교재들을 중심으로 그 특징을 간략하게 소개해 놓은 것입니다. 여러분들의 학업에 다소라도 도움이되기를 바랍니다. 참고로, 공업수학의 내용은 물리학과의 교과과정에 포함되어 있는 물리수학과도 상당부분이 유사하므로 물리학과 학생들에게도 도움이 되리라 생각합니다.

 

공업수학 교재 소개

 

1. 공업수학이라면 이제 만화로 공부하세요
저자: 조 재경, 출판사: 교우사

수학을 공학에 응용한다는 공업수학의 원래 목적에 충실한 양서. 제 개념의 물리적의미를 새로운 각도에서 접근하여 일상의 친근한 예를 들어 만화로 시각화한 탁월한 식견이 돋보임. 개념을 파악하기위한 초보자용으로 최적. 전 4권으로 이루어 있음. 각권의 내용은 제1권<미분방정식> 218쪽, 제2권<선형대수학과 벡터미적분학> 249쪽, 제3권<푸리에해석과 편미분방정식>224쪽, 제4권<복소해석과 수치해석> 270쪽

 
2. Advanced Enginering Mathematics
저자: Erwin Kreyszig, 출판사: John Wiley & Sons, Inc.

공업수학의 전 분야에 걸친 설명과 풍부한 예제를 망라한 양서. 상미분방정식, 선형대수학, 벡터미적분학, 푸리에해석, 편미분방정식, 최적화, 그래프, 확률통계로 구성되어 있음. 최적화와 그래프이론을 포함하고 있는 것이 구성상의 특징. 총 1271쪽. 분량이 방대하여 두학기용 대학교재로는 벅찬 것이 흠. 그럼에도 불구하고 현재 대학교재로 가장 많이 사용되고 있음. 백과사전식 참고서적으로 최적. 번역판이 <공업수학>이라는 제목으로 범한서적에서 출판되어 있음.

 
3. Advanced Engineering Mathematics
저자: Peter V. O'Neil, 출판사: Wadsworth Inc.

알기 쉬운 설명이 돋보이는 양서. Kreyszig책으로는 이해하기 어려운 부분도 쉽게 풀어서 설명되어 있음. 상미분방정식, 선형대수학과 연립미분방정식, 벡터해석, 푸리에해석과 경계치문제, 복소해석으로 구성되어 있음. 푸리에 해석 부분의 설명이 풍부하고 상세함. 수치해석이 빠져있는 것이 구성상의 흠. 총 1456 쪽. 번역판이 <공업수학>이라는 이름으로 보성출판사 에서 출판되어 있음.

4. 공업수학
저자: 백남주외 5인, 출판사: 문운당

유럽식의 교과서로 compact 한것이특징. 총 469 쪽. 간결한 반면 설명의 비약이 많아 초보자용으로는 적합하지 않음. 상미분방정식, 푸리에급수, 라플라스변환, 편미분, 다중적분, 편미분방정식, 벡터해석, 선형대수, 복소수함수, 수치해석, 기초통계학과 확률이론으로 구성. 대학 1년생 교과과정인 편미분과 다중적분을 포함시킨 것이 구성상의 특징. 벡터해석과 복소해석 부분은 공학적인 예와 긴밀하게 연관지어 설명하려고한 노력이 였보임. 참고할 만함.

5. Advanced Engineering Mathematics
저자: Stanley I. Grossman 외 1인, 출판사: Harper Collins Publishers

물리적인 모델로 부터 출발하여 수학적인 배경을 설명하려는 시도가 돋보임. 상미분방정식, 선형대수학, 벡터미적분, 푸리에급수, 편미분방정식, 수치해석, 복소해석으로 구성. 총 1117 쪽. 번역판이 <공업수학> 이라는 제목으로 청문각에서 출판되어 있음.

6. 공업수학
저자: 김 두만, 출판사: 복두출판사

설명과 내용이 평의함. 기존의 설명 방식을 답습. 총 553 쪽. 미분적분법, 미분방정식, 라플라스변한, 행렬및 행렬식, 벡터해석, 푸리에해석, 복소수함수, 편미분방정식, 수치해석으로 구성. 대학 1 년생 과정인 미분적분법에 많은 지면을 할애한 것이 구성상의 특징.

7. 물리수학의 직관적 방법
저자: Shinichiro Naganuma, 출판사: Tsushosangyo Kenkyusha Co.

공업수학 교재는 아니나, 수학의 제 개념을 톡특한 방식으로 이미지화한 노력이 돋보이는 양서. 총 209 쪽. 선미분, 면미분, 전미분, Taylor전개, 행렬식과 고유치, exp(ipai)=-1의 직관적이미지, 벡터의 rot와 전자기학, 입슐론-델타 논법과 위상공간, 푸리에 급수 푸리에 변환, 복소함수 복소적분, 엔트로피와 열역학, 해석역학으로 구성. 특히 벡터의 rot 과 복소적분의 직관적인 이미지를 날카롭게 설명. 번역판이 청음사에서 나와 있음.

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http://nongae.gsnu.ac.kr/~jkcho/frame2.html

 

3. 옴의 법칙이 무엇인가요?

 

옴의 법칙

  저항에 흐르는 전류와 그것에 의해 발생하는 전위차에 관한, 쿨롱의 법칙과 함께 전기공학에서 가장 중요한 법칙중 하나다. 1781년에 헨리 캐벤디쉬가 발견했지만, 그 업적은 1879년에 맥스웰이 ‘헨리 캐벤디쉬 전기학논문집’으로 출판할 때까지 공표되지 않았다. 헨리의 최초발견 후, 1826년에 독일의 물리학자인 게오르크 옴이 재발견, 공표하여, 그 이름을 따 옴의 법칙(Ohm's law)라고 부르게 되었다.

 

옴의 법칙

적분형표현

옴의 법칙이란

‘전류 I가 흐르고 있는 도체 안의 두 점 P₁, P₂ 사이의 전위차 E = E₁ - E₂는 I에 비례한다'

즉, 전류가 I(암페어 : A) 전위차가 E(볼트 : V)라고 할 때,

E ∝ I

인 것을 주장하는 법칙이다. 여기에서 비례상수를 R이라 하면 E와 I의 함수

E = RI

가 된다. R은 도체의 형상, 재질, 온도, 기하학적 수법 등에 따라 정해지는 정수비례상수로, 전기저항(electric resistance) 또는 단순히 저항(resistance)라고 한다. 저항의 단위는 옴(Ω)이다.

한편, 위 식의 역함수를 생각하면, 전위차가 E인 두 점 사이에 흐르는 전류 I는 E에 비례한다고도 표현할 수 있다.

I ∝ E

여기에서 비례상수를 G = 1/R로 하면

I = GE

가 된다. 이 G를 전기전도도(컨덕턴스, conductance)라고 하고, 단위는 지멘스(S)다.

미분형표현

한 가지 재질의 도체의 단위면적을 단위시간에 통과하는 전기량, 즉 전류밀도 J(A/m²)를 생각해 보자. 이 때, 그 도체의 전계 E(V/m)이

E ∝ J

이고, 이 때 비례상수를 ρ라 하면

E = ρJ

가 된다. ρ(Ω‧m)는 도체의 재질, 온도에 따라 정해지고, 저항률(resistivity) 또는 고유저항(specific resistance)라고 한다. 거기에 그 역함수

J = σE

로 두고 비례상수 σ = 1/ρ를 도전률(conductivity)라고 하며, 단위는 S/m이다.

이 표현형식은 재질 안의 미소구간에서 옴의 법칙을 나타내고 있고, 미분형표현이라고 한다. 이 미분형표현을 실제 도체 형상수법과 맞춰 적분하면 그 도체의 전기저항을 정할 수 있다.

반도체에서 옴의 법칙

  옴의 법칙이 일반적으로 성립하는 것은 도체로, 반도체에서는 성립하지 않는다. 하지만, 반도체라 해도 어느 조건 하에서 옴의 법칙이 근접하게 성립하는 경우가 있다.

FET에서의 옴영역

  전계효과트랜지스터(FEC, 이하는 n채널접합형 FET의 예)에서는, 드레인-소스 사이 전압 V_DS와 전압 V_GS에 대해서 V_DS << -V_GS 일 때에, V_GS를 패러미터로서 드레인전류 I_D ∝ V_DS가 되어 옴의 법칙에 따른다. 특성곡선에서 V_DS << -V_GS 로 볼 수 있는 범위를 옴영역 또는 오믹영역(Ohmic domain)이라 한다. 자세한 사항은 전계효과 트랜지스터#FET의 모델을 참조(http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E7%95%8C%E5%8A%B9%E6%9E%9C%E3%83%88%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%82%B8%E3%82%B9%E3%82%BF#FET_.E3.81.AE.E3.83.A2.E3.83.87.E3.83.AB)

자주 있는 오해

  옴의 법칙은 전위차가 전류에 비례하고, 그 비례상수를 저항이라고 주장하는데, E = RI, R = E/I, I = E/R이라는 등식 그대로를 옴의 법칙이라고 하는 오해는 끊이지 않는다. 그 의미로는 E = RI 등의 등식은 옴의 법칙을 나타내는 것이 아닌, 키르히호프의 법칙의 일부로서 이해하고 있는 것이다. 옴의 법칙의 성립에는, 비례상수인 저항의 수치는 바뀌지 않는(온도계수가 작은), 그런 조건이 필요하다. 예를 들면, 온도계수가, 무시할 수 없는 저항소자라면 줄열에 의한 온도상승과 함께 저항도 변하고, 이 때엔 전위차와 전류는 비례하지 않고, 옴의 법칙은 성립하지 않게 된다. 보통 회로해석에서는 비례상수로서의 저항이 일정한 선형인 회로소자와, 옴의 법칙에 따르지 않는 저항을 가진 소자(비선형소자)로 나눠 고찰한다. 접합형 다이오드 등의 소자에서는 E = RI라는 등식 그대로는 성립하지만 옴의 법칙에는 따르지 않는다. 또 큰 전력을 다루는 접합형 트랜지스터 증폭기의 베이스전류보상 등에서는 온도변화가 뚜렷하여, 옴의 법칙에 의존한 회로해석은 도움이 되지 않는다.

출처:옴의 법칙