[과학계의 核<핵>인싸, 반도체] 도체는 왜 도체이고 부도체는 왜 부도체일까?

1980년대 인기 만화영화 '마징가 제트'에 등장하는 아수라 백작을 아나요? 얼굴의 반은 남자, 나머지 반은 여자인 악당이에요. 물질 중에도 아수라 백작처럼 양면성을 가진 녀석이 있어요. 바로 반도체(半導體)예요. 반도체는

이란 뜻이에요. 먼저 도체와 부도체가 무엇인지부터 알아볼까요?

전선을 잘라 단면을 살펴보면 속에는 구리 선이, 겉에는 플라스틱 재질의 피복재(被覆材)가 덮여 있는 것을 알 수 있어요. 구리는 전기가 잘 통하는 물질이어서 전선으로 사용해요. 하지만 감전될 수 있으니 플라스틱으로 전선을 덮는 거예요. 플라스틱은 전기가 통하지 않거든요. 구리처럼 전기가 잘 통하는 물질을 도체, 플라스틱처럼 전기가 잘 통하지 않는 물질은 부도체라고 해요. 구리, 은, 금, 쇠 등 금속 대부분은 도체예요. 고무, 나무, 플라스틱은 부도체고요. 구리는 전기가 잘 통하는데 플라스틱은 왜 그렇지 않을까요? 그 답을 얻으려면 먼저 전기의 성질에 대해 알아야 해요.

전기는 전자(電子)라는 작은 알갱이가 흐르는 현상이에요. 이 흐름을 전류라고 해요. 전자는 원자라는 물질 안에 들어 있어요. 원자는 모든 사물에 들어 있죠. 원자(原子)를 확대하면 가운데는 원자핵이 있고 그 주변을 전자가 빙빙 돌고 있어요. 전류를 흐르게 하려면 이 전자를 원자핵에서 떼어 내야 하지만 전자가 원자핵에 묶여 있어서 쉽지 않죠. 그런데 느슨하게 묶인 물질들이 있어요. 이 물질의 전자들은 신나게 뛰어다닐 수 있죠. 자유롭게 된 전자들을 자유전자라 불러요. 자유전자가 많은 물질이 구리와 같은 도체예요. 그래서 도체에는 전기가 잘 통하는 거죠. 반면 부도체인 고무·나무·플라스틱은 자유전자가 아예 없거나, 있어도 극소수라 전기가 잘 통하지 않는 거예요.

● 산업의 쌀, 반도체
김성호 글|이경국 그림|미래아이