(day9) 결정 내 방향 표시와 그 원리

안녕하세요! 반도체 쉽게 알려주는 "띵주"입니다.

"비전공자를 위한 쉬운 반도체 이야기" 카테고리에 포스팅하는 글들은
반도체를 전혀 모르는 비전공자를 대상으로 "반도체"를 쉽게 풀어서 설명하는것이 목적입니다.

이번 포스팅에서는 "결정 내 방향 표시와 그 원리"를 주제로 이야기 해보겠습니다.

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1. 결정 내 방향 표시란?

결정이란 원자들이 규칙적이고 반복적인 배열을 이루는 구조입니다. 반도체 재료인 실리콘(Si)과 같은 물질도 결정 구조를 가지고 있는데요, 이 구조 안에서 원자들의 위치나 배열 방향을 나타내는 방법을 "결정 내 방향 표시"라고 합니다.

쉽게 말해, 결정 내에서 "어느 방향으로 배열되어 있는가?"를 숫자로 표현하는 방법이라고 생각하시면 됩니다.

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2. 결정 내 원자의 위치와 기본 벡터

결정 내에서 원자들의 위치를 나타낼 때는 기본 벡터라는 화살표를 사용합니다. 이 기본 벡터는 가로, 세로, 높이를 나타내며, 이를 각각

 

로 표시합니다.

원자들이 위치한 공간을 다음과 같이 표현할 수 있어요:

 

예를 들어, 여기서 p, q, s는 정수이며, 각각 가로, 세로, 높이 방향으로 이동한 거리입니다.

 

라는 벡터는 가로 방향으로 2칸, 세로 방향으로 3칸, 높이 방향으로 1칸 이동한 위치를 나타냅니다.

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3. 방향을 나타내는 숫자: [pqs] 기호

결정 내의 특정 방향은 [pqs]라는 숫자로 간단히 나타낼 수 있습니다.

• 가로 방향으로 한 칸 이동 → [100]
• 가로로 한 칸, 세로로 두 칸 이동 → [120]

만약 반대 방향(음수 방향)이라면 윗선 기호를 사용합니다.

• 가로로 반대 방향으로 한 칸 → [100]

이 방식으로, 결정을 이루는 모든 방향을 간단하고 명확하게 표현할 수 있습니다.

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4. 방향 그룹화와 대칭성

결정 구조는 대칭성이라는 특징을 가지고 있습니다. 대칭성 덕분에, 비슷한 방향을 묶어서 하나의 그룹으로 나타낼 수 있어요. 예를 들어:

• [100], [010], [001] 방향은 모두 길이와 성질이 비슷합니다.
• 이런 방향을 묶어서 <100>라고 표시합니다.

이 방식은 복잡한 구조를 간단하게 정리하는 데 유용합니다.

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5. 정리: 한눈에 보는 핵심 포인트

• 결정 구조에서 원자의 위치는 기본 벡터(a₁, a₂, a₃)를 사용해 표현합니다.
• 특정 방향은 [숫자]로 나타내며, 반대 방향은 윗선 기호(1)를 사용합니다.
• 비슷한 방향은 <숫자>로 그룹화하여 간단히 표시합니다.
• 실리콘의 다이아몬드 구조는 이러한 방향 표시를 이해하는 좋은 예시입니다.

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마무리하며

결정 내 방향 표시는 반도체를 이해하는 데 중요한 기초 개념입니다. 이 개념을 정확히 이해하면 반도체 소자의 특성과 동작 원리를 한층 깊이 있게 이해할 수 있습니다.

같은 내용을 반도체를 전공으로 하는 학부생을 대상으로 "반도체공학"에서 배우는 이론 및 지식들을 깔끔하게 정리한 내용을 원하시면 아래 링크를 참고하세요.

[Day9] 결정 내의 방향표시 : [pqr], <pqr>