2-1. 진성 반도체와 불순물 반도체 (n형, p형)

순수한 실리콘은 쓸모없다 — 불순물이 혁명을 만들었다

지금 이 순간, 여러분의 손에 들린 스마트폰 안에는 수십억 개의 트랜지스터가 들어 있다. 이 트랜지스터는 전류를 켜고 끄며, 그 조합으로 사진을 찍고, 메시지를 보내고, 게임을 실행한다. 그런데 놀라운 사실이 하나 있다.

이 모든 것을 가능하게 만든 핵심 기술은, 순수한 물질에 "불순물"을 일부러 집어넣는 것이다.

보통 "불순물"이라고 하면 나쁜 것을 떠올린다. 깨끗한 물에 불순물이 섞이면 마시기 어렵고, 금에 불순물이 들어가면 가치가 떨어진다. 그런데 반도체의 세계에서는 정반대다. 순수한 실리콘 결정은 거의 쓸모가 없다. 전기도 잘 흐르지 않고, 그렇다고 완전한 부도체도 아닌, 어정쩡한 상태이기 때문이다. 하지만 여기에 아주 소량의 불순물 — 실리콘 원자 1억 개당 불순물 원자 겨우 1개 정도 — 을 의도적으로 집어넣으면, 전기적 성질이 극적으로 바뀐다. 전류가 흐르는 양을 정밀하게 조절할 수 있게 되는 것이다.

이것이 바로 도핑(doping)이라 불리는 기술이며, 현대 전자 문명의 가장 중요한 토대이다.

이 절의 핵심 질문: "순수한 반도체에 불순물을 넣으면 전기적 성질이 어떻게, 왜 달라지는가?"