청소년을 위한 교양 물리학: 반도체

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 06월 12일 출간

작품소개

책소개

현대 문명의 모든 전자기기 속에 숨어있는 반도체의 세계를 중학생도 이해할 수 있도록 풀어낸 교양서이다. 1847년 마이클 패러데이의 황화은 실험부터 현재의 나노 기술까지, 반도체 물리학의 모든 핵심 개념을 역사적 발견 과정과 함께 체계적으로 다룬다. 복잡한 양자역학적 현상을 일상의 사례로 설명하고, 수식 없이도 물리적 원리를 직관적으로 이해할 수 있도록 구성했다. 대학 수준의 전문 지식을 청소년의 눈높이에 맞춰 전달하면서도 학문적 정확성을 잃지 않았다.

원자 구조에서 시작해 결정 격자, 에너지 띠 이론까지 반도체 물리학의 기초를 차근차근 쌓아간다. 순수한 실리콘에 극소량의 불순물을 첨가하는 도핑 과정이 어떻게 물질의 전기적 성질을 완전히 바꾸는지, p형과 n형 반도체가 만나 형성하는 접합에서 왜 전류가 한 방향으로만 흐르는지 그 메커니즘을 명쾌하게 설명한다. 전자와 정공이라는 미시 세계의 입자들이 어떻게 거시적인 전기 현상을 만들어내는지, 에너지 띠간격이 물질을 도체와 절연체, 반도체로 나누는 기준이 되는지 그 물리적 본질을 파헤친다.

1947년 벨 연구소에서 탄생한 최초의 트랜지스터부터 오늘날의 스마트폰 속 수십억 개의 트랜지스터까지, 반도체 기술의 발전사를 따라간다. LED가 전자와 정공의 재결합에서 빛을 만들어내는 원리, 태양전지가 빛을 전기로 바꾸는 광전 효과, 레이저 다이오드에서 일어나는 유도 방출 현상까지 광전자학의 핵심 개념들을 다룬다. 잭 킬비의 집적회로 발명이 어떻게 디지털 혁명의 출발점이 되었는지, 무어의 법칙이 반도체 산업 발전을 어떻게 이끌어왔는지 기술사적 맥락도 함께 제시한다.

실리콘 기술의 물리적 한계가 다가오면서 등장하는 새로운 소재들과 양자 효과를 활용한 차세대 기술까지 조망한다. 탄소나노튜브와 그래핀의 독특한 전기적 성질, 양자점에서 나타나는 크기 의존적 광학 특성, 터널 효과를 이용한 새로운 소자 구조들이 미래 기술에 가져올 변화를 설명한다. 양자컴퓨터와 인공지능 반도체의 동작 원리까지 다루면서, 반도체 물리학이 단순한 과거의 학문이 아니라 미래를 여는 열쇠임을 보여준다. 과학기술의 발전이 인간 문명에 미치는 영향을 생각해볼 수 있는 철학적 관점도 제공한다.

목차

1. 반도체의 발견
2. 원자와 전자의 세계
3. 결정구조의 비밀
4. 에너지 띠 이론
5. 순수 반도체
6. 도핑의 마법
7. p-n 접합
8. 다이오드의 원리
9. 발광 다이오드
10. 트랜지스터 탄생
11. 접합형 트랜지스터
12. 전계효과 트랜지스터
13. 캐리어 이동도
14. 확산과 드리프트
15. 재결합과 생성
16. 광학적 성질
17. 표면과 계면
18. 열적 성질
19. 잡음과 변동
20. 결함과 불순물
21. 양자 효과
22. 화합물 반도체
23. 제조 공정
24. 집적회로
25. 미래 기술

작가정보

저자(글) 루미너리북스 교육출판 에디팅 팀

루미너리북스 교육 출판 에디팅 팀은 전문 교육 콘텐츠 기획자와 편집자들로 구성되어, 학생들의 눈높이에 맞춘 양질의 교육 도서를 제작하는 데 전념하고 있다. 각 분야별 전문가들과의 긴밀한 협업을 통해 정확하고 이해하기 쉬운 교육 콘텐츠를 개발하며, 특히 고등학생을 위한 대학 과목 선행학습 시리즈와 같은 혁신적인 교육 도서를 기획하고 있다.