단결정이라고 하면 일단 그게 뭔가 하고 생각하시는 분이 많으실 듯 해요.
오늘은 과학시간에나 나올법한 이 단결정이라는 것이
무엇을 이야기하는 것이며 실제로 우리 생활에 어떻게 이용되고 있는 것인지 알아보려고 합니다.
전자용어사전에 따르면
단결정이란 덩어리 전체의 원자가 규칙적으로 배열하여 하나의 결정을 이룬 것이라고 합니다.
단어의 뜻은 이러하지만 이런 설명으로는 무슨 말인지 느낌이 확 오질 않죠.
왼쪽 그림의 구조가 바로 단결정 구조입니다.
단결정 구조는 그림처럼 원자의 배열이 규칙적이며
원자사이에 빈틈도 없고 불순물도 섞여있지 않습니다.
보기에도 구조가 굉장히 완벽해 보이죠?
실제로 대부분의 물질이 이러한 구조를 가지고 있지 않냐는 의문이 생길 수 있는데요.
우리 주변의 물질들은 대부분 다결정 구조로 이루어져 있습니다.
단결정의 반대 구조라고 생각할 수 있는데요.
이 그림이 바로 다결정 구조입니다.
다결정 구조를 자세히 보면
국소적으로 단결정 구조를 가지고 있지만
전체적으로 보면 원자의 배열이 규칙적이지 않다는 것을 쉽게 알 수 있답니다.
그런데 이러한 원자들이 배열이 왜 중요할까요?
바로 단결정 구조가 그 물질이 가지고 있는 특성을 정확하게 나타내주는 가장 순수한 상태이기 때문입니다.
물질이 가지고 있는 특성은 여러가지가 있으며,
같은 물질이라면 같은 특성을 가지고 있다고 생각하기 쉽지만
전기저항과 같은 전기적 특성이나 반사와 굴절 같은 광학적 특성은
물질의 종류 뿐만 아니라 이러한 물질의 내부구조에도 영향을 받기 때문이죠.
다결정 구조에서 보이는 원자간 빈틈이나 불규칙성이 물질 특성의 차이를 만들어냅니다.
이런 관점에서 위의 구조를 다시 한번 보면
다결정보다는 단결정이 훨씬 더 물질 본연의 특성을 더 잘 나타내 줄 수 있다는 것을 알아차릴 수 있습니다.
그렇다면 우리 주위에 단결정 구조로 이루어진 것들은 무엇이 있을까요?
단결정이 이용되고 있는 가장 대표적인 분야는 바로 반도체인데요.
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반도체를 만드는 기초가 되는 규소(Silicon) 기판이 바로 단결정 구조입니다.
단결정 구조로 만들어진 규소 기판 위에서 우리 주변의 전자제품에 사용되고 있는 반도체가 만들어집니다.
그런데 만약 이 기판이 단결정 구조가 아니라면
기판안에서 만들어진 위치에 따라 내부구조가 달라 그 특성이 다르게 나타날 수 있겠죠?
이렇게 되면 특성 차이를 하나하나 다 검사하기도 힘들뿐더러
만들때마다 다른 특성이 나타난다면 전자제품에 사용하는 것은 힘든 일이 되겠죠.
그래서 특성이 균일한 단결정 규소 기판에 원하는 특성의 반도체를 제조하고 있답니다.
또 다른 대표적인 분야가 바로 보석의 원석입니다.
아래 그림의 육각기둥모양으로 되어 있는 부분이 바로 단결정입니다.
다이아몬드, 사파이어, 루비 등 우리가 보석으로 사용하는 것들이
자연적으로 만들어진 이런 단결정 구조의 원석을 자르고 표면을 연마하여 만들어지는 것입니다.
이런 단결정 구조를 인공적으로 만들어낸 것이 바로 인조보석이구요.
단결정에 대한 의문이 조금은 풀리셨나요?
우리 생활에 많은 부분에서 단결정을 만날 수 있다는 것도 예상하지 못했던 사실이지 않을까 하는 생각이 드네요.
다음번에는 이런 단결정의 특성을 이용한 아주 특별한 아이템에 대한 이야기를 들려드리도록 하겠습니다.
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