물질에 포함된 입자의 비율을 바꾸거나 새로운 물질을 넣는 'doping' 등이 이 과정에서 사용된다.
'Doping'은 외부에서 불순물을 넣는 것으로, 불순물을 삽입하게 되면 물질은 안정한 새로운 형태로 조성이 바뀌게 되는데, 이때 물질의 물성이 변화하게 된다. 대표적으로 Si에 13족 원소를 넣어 만든 P- type과, 15족을 도핑한 N- type 등이 사용된다. 차후에 나오는 이 둘을 붙인 형태에 대한 응용이 P-N junction이다.
다음 주제인 Orbital에 대해 다루어보자.
Orbital 이란?
Orbital(오비탈) : 전자를 발견할 수 있는 확률이 있는 공간
만일 오른쪽 그림과 같은 Energy Diagram을 가진 실리콘 2개를 접합시키는 상황을 가정해보자. 이때, 실리콘 사이의 거리(r)을 가까이하게 되면(= x축이 감소하면) Energy의 분화가 일어나게 되는 것을 확인할 수 있다. 이로 인해, 상태수의 변화가 나타나는 모습을 볼 수 있다.
'Energy의 분화가 일어나는 이유는 무엇일까?'
Energy의 분화는 파울리 베타 원리로 인해 발생하는 매우 중요한 현상이다.
파울리 베타 원리란 한 원자 내에서는 동일한 양자수를 지닐 수 없다는 것으로, 쉽게 생각하면 한 공간에서 같은 주소가 있을 수 없다는 것이다.
예를 들어, 다른 집에서 사는 A와 B의 주소가 같을 수 없다는 아주 기본적이고 중요한 법칙이다. 같은 양자수의 전자는 energy가 기하급수적으로 커지게되고, 자연계가 이를 거부하기 때문에, 한 원자내의 동일 양자수는 발생할 수 없다는 것이다.
ex. 수소$H_{2}$의 경우를 살펴보자. 2개의 수소원자를 접합시킨 energy diagram H 2개를 접합시켜 분자를 만든 상황이다. 에너지의 분화로 인해 수소는 기존의 에너지보다 전체적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다.
우리는 여기에서, 자연계는 H의 형태보다 H2의 형태를 선호한다고 유추할 수 있다.
ex. He 헬륨의 경우를 살펴보자. 2개의 헬륨원자를 접합시킨 energy diagram He 원자 2개를 접합시켜 분자를 만들면, energy의 state가 반응 전 원자상태일때보다 오히려 커지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 자연계에서는 He 2개가 붙은 분자 형태보다 안정한 원자형태를 선호한다고 추측할 수 있다.
