부도체

도체, 반도체, 부도체의 에너지 띠 구조

부도체(insulator)는 전기나 열에 대한 전도율이 매우 적기 때문에 전기나 열이 거의 통하지 않는 물질을 말하며, 절연체(絶緣體)라고도 한다. 절연체의 경우 유전체의 성질을 갖지만 엄연히 말해서 유전체와 사용하는 의미는 다르며, 부도체(절연체)와 반대로 전기나 열의 전도율이 큰 물질은 도체(導體)라고 한다. 또한 전기전도도(電氣傳導度)가 도체와 부도체의 중간인 물질, 정확히는 외부에서 온도 등의 에너지를 가해 줌에 따라 도체의 성질과 부도체의 성질을 각각 띠게 할 수 있는 물질은 반도체(半導體)라 부른다. 밴드 이론에서 부도체는 원자가띠와 전도대의 사이에 밴드갭(gap)이 존재하는 상태는 반도체와 같다. 하지만 그 갭의 차이에 따라 2eV 이상이면 부도체, 이하는 반도체로 구분하는 것이 일반적이다.

개요

절연체, 혹은 유전체라고 칭하기도 한다. 대부분의 비금속(무수 상태의 이온 결합 물질, 공유결합 물질 포함)이 전기가 통하지 않는다. 그렇다고 정말 전기가 하나도 통하지 않는 것이 아니라 저항이 매우 높다는 뜻이며, 그 저항을 뚫을 수 있을 정도의 고전압이 걸리게 되면 큰 전류가 흐르게 되며, 이를 절연파괴라 한다. 진짜로 전기가 전혀 통하지 않는 완전 부도체는 없다. 심지어 두께를 원자 수 개 정도로 줄이면 아무리 전기 저항이 높은 부도체라 하더라도 도체마냥 전기가 통해버린다.

물리적 관점에서 반도체와 부도체의 경계는 상당히 희미하다. 부도체 중 띠틈의 크기가 적당히 작은 물질들을 (2-6 eV) 소자로 이용하려는 움직임이 80년대 후반부터 있었으며, 띠틈이 2 eV가 넘어가는 물질들을 이러한 관점에서 wide band gap 반도체로 지칭하며 소자로 사용하려는 연구가 진행되기 시작했으며 2014년에 노벨 물리학상을 수상했던 주제인 청색 led도 90년대 초에 GaN을 이용하여 개발에 성공한 바 있다. 또한 최근 들어서는 다이아몬드, InGaN/GaN 접합 구조, beta-Ge2O3 등의 띠틈이 5 eV에 달하는 물질들까지 Ultrawide band gap semiconductor로 부르면서 응용 가능성이 연구되고 있다. 다만 이들은 단결정 성장이 어렵거나, 도핑이 잘 되지 않는 등의 문제가 있어 갈 길이 멀다.

유리와 같이 상온에서는 부도체지만 열을 받아 액체 상태가 되거나 용매에 녹아 용액이 되면 전도체로 변하는 물질도 있다. 대개 이온 결합 물질의 경우 고체상태일 때에는 이온들이 한 자리에 묶여 있게 되어 부도체의 성질을 가지지만 수용액[12]과 같은 용액 상태나 용융상태가 되면 이온의 이동이 자유로워지면서 전도체가 된다. 상술한 유리 역시 이산화규소와 같은 이온 결합 물질이 주성분이다. 우리에게 친숙한 소금 역시 이 부류에 속한다.

정의

밴드 이론에서 절연체는 반도체와 동일하게 원자가띠와 전도띠의 사이에 띠틈이 존재하는 상태나 그 상태를 나타내는 물질을 말한다. 반도체보다 띠틈이 큰것이 절연체이지만 이 차이는 명확하지 않는 경우가 있다. 통상적으로, 띠틈이 2 전자볼트 이상이면 절연체로, 미만이면 반도체로 구분한다.

절연체는 공유결합성이나 이온결합성이 큰물질에 많이 있다. 다만 예외적으로 석묵은 층내결합이 큰 공유결합이어도 준금속이다.

역사

절연체를 이용한 최초의 전기 시스템은 전보선이다.

대량으로 사용된 최초의 유리형 절연체는 실이 꿰어있지 않은 핀홀을 포함하였다.

종류

핀 절연체

전신 또는 핀 (약 3cm 직경의 나무 또는 금속못) 등의 물리적 지지체로 전선을 분리하는 장치이다. 비전도성 재료로 보통 도자기 또는 유리로 만드는 단층 형태이며 가장 초기에 개발 된 오버 헤드 절연체로 분류된다. 최대 33KV의 전력 네트워크에서 사용되며. 단일 또는 다중 핀 절연체를 하나의 물리적 지지대에 사용할 수 있지만 사용되는 절연체의 수는 전압에 따라 다르다. 또한 만약 절연체가 젖으면 외부 표면이 전도되어 절연체의 효과가 떨어진다. 그러므로 단열재는 우산 모양으로 설계되어 단열재의 하부를 비로부터 보호한다. 절연체의 내부를 건조한 상태로 유지하기 위해 절연체 주위에 융기 부분이 있다.

걸쇠 절연체

초기에는 걸쇠 절연체가 변형 절연체로 사용되었고, 오늘날은 저전압 분배 라인에 사용된다. 절연체는 수평 또는 수직 위치에서 사용 되며 볼트로 폴에 직접 고정하거나 크로스 암에 고정할 수 있다. 비교적으로 과도한 전류가 흐를 때 파손 가능성이 적고 다른 전선들을 부드럽게 고정해 준다.

스트레인 절연체

변형절연체 중 하나로, 막 다른 곳이 있거나 전송선에 날카로운 모서리가 있을 때, 선은 변형되는 큰 인장 하중을 견뎌야할때 사용된다. 그러므로 스트레인 절연체는 필요한 전기 절연 특성뿐만 아니라 상당한 기계적 강도를 가진다.

참고자료

• 〈부도체(insulator)〉, 《사이언스올》, 2015-09-09
• 〈절연체〉, 《위키백과》
• 〈전도체〉, 《나무위키》
• 〈부도체〉, NAVER-KPS physics dictionary

같이 보기

• 도체
• 반도체

이 부도체 문서는 소재에 관한 글로서 검토가 필요합니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 문서 내용을 검토·수정해 주세요.

산업 : 산업, 산업혁명, 기술, 제조, 기계, 전자제품, 건설, 유통, 서비스, 에너지, 전기, 소재 □■⊕, 원소, 환경, 직업, 금융, 금융사 소재 감광재 • 경화제 • 그래핀볼 • 금박 • 금속 • 금속재료 • 기름 • 나노소재 • 나프타 • 내화재 • 단열재 • 단일소재 • 도금 • 도전재 • 도체 • 동박 • 마감재 • 마찰재 • 막 • 매질 • 무기재료 • 바닥재 • 박막 • 반도체 • 방부제 • 방음재 • 방진재 • 방청제 • 벽지 • 보강재 • 보온재 • 복합소재 • 부도체 • 부산물 • 부식 • 부자재 • 불순물 • 살균제 • 소재 • 쇠붙이 • 수용액 • 시료 • 신소재 • 알루미늄 호일 • 에어로겔 • 엑소일렉트로겐 • 연마재 • 외장재 • 용매 • 용액 • 용융염 • 용질 • 원료 • 원소재 • 원자재 • 원재료 • 유기재료 • 유체 • 융해 • 은박 • 은박지 • 잉곳 • 자성체 • 자원 • 자재 • 재료 • 재질 • 전고체 • 전구체 • 절연체 • 접착제 • 접합재 • 접합제 • 제진재 • 주괴 • 중간재 • 증기 • 증착 • 차음재 • 천연소재 • 천연자원 • 천장재 • 철스크랩 • 첨가제 • 초전도체 • 촉매 • 컴파운드 • 코르크 • 코팅 • 쿠킹호일 • 탄소소재 • 페인트 • 포장재 • 폭발물 • 피복 • 피복재 • 호일(포일) • 흡음재 암석 간석기(마제석기) • 곡옥 • 골재 • 광물 • 광석 • 규암 • 다이아몬드 • 대리석 • 돌 • 돌멩이 • 뗀석기(타제석기) • 마그마 • 모래 • 바위 • 벽돌 • 변성암 • 보석 • 비취 • 사암 • 석고 • 석기 • 석영(수정) • 석재 • 석회 • 석회암 • 세라믹 • 셰일(혈암) • 쇠 • 수성암 • 스테인리스강 • 시멘트 • 심성암 • 아스콘 • 암석 • 역암 • 오석 • 오일셰일(함유셰일, 유혈암) • 오팔 • 옥 • 용암 • 운석 • 원석 • 유리 • 이암 • 인광석 • 자갈 • 자수정 • 점토(찰흙) • 준광물 • 지하자원 • 진흙 • 철광석 • 철기 • 철재 • 청금석 • 청동기 • 콘크리트 • 토사 • 퇴적암 • 편마암 • 편암 • 현무암 • 화강암 • 화산암 • 화성암 • 흑요석 • 흙 • 희토류 섬유 가죽 • 거위털(구스다운) • 거즈 • 고급가죽 • 고무줄 • 광목 • 광물섬유 • 광섬유 • 극세사 • 금속섬유 • 기모 • 깃털 • 끈 • 나노셀룰로스 • 나일론 • 나파가죽 • 낙타털 • 네오프렌 • 노르디코 • 누비 • 능직 • 다기능성 탄소나노튜브 섬유 • 다운 • 대마 • 데님 • 동물섬유 • 돼지가죽 • 라이오셀(리오셀) • 레이온(인견) • 리넨(린넨) • 마 • 마닐라삼 • 마닐라지 • 마분지 • 말가죽 • 메쉬 • 면 • 면직물 • 면화 • 명주 • 모 • 모다크릴 섬유 • 모달 • 모시 • 모직물 • 모피 • 목재 • 목화 • 무기섬유 • 무명 • 밍크털 • 반합성섬유 • 밧줄 • 방모 • 방직섬유 • 뱀가죽 • 벨로아 • 벨벳 • 벨보아 • 보풀 • 부직포 • 비건가죽 • 비단(실크) • 비스코스 • 삼베 • 새끼줄 • 석고보드 • 석면 • 섬유 • 셀룰로스 • 소가죽 • 소모 • 솜 • 솜털 • 수자직(주자직) • 슈퍼섬유 • 스웨이드(세무) • 스판덱스 • 시어서커 • 식물섬유 • 실 • 아라미드 • 아세테이트 섬유 • 아크릴 섬유 • 악어가죽 • 알칸타라 • 암면 • 양가죽 • 양모 • 오리털(덕다운) • 옷감 • 우레탄 • 울 • 원단 • 원목 • 원사 • 유기섬유 • 유리섬유 • 인조가죽 • 잔털 • 재생섬유 • 종이 • 직물 • 짚 • 천 • 천연가죽 • 천연섬유 • 천연펄프 • 캐시미어 • 코듀로이(골덴) • 타조가죽 • 탄소섬유 • 털 • 털실 • 텐셀 • 토끼털 • 패브리칸 • 펄프 • 평직 • 프로믹스 • 플란넬 • 플리스(폴라폴리스) • 피혁 • 합성섬유 • 합판 • 혼방 • 화학섬유(인조섬유) 수지 (플라스틱) ABS • EVA • PVC • 고무 • 공중합체 • 라텍스 • 레진 • 모노머 • 목타르 • 바이오플라스틱 • 본드 • 부틸 • 부틸고무 • 부틸테이프 • 비닐 • 비닐론(비날론) • 생고무 • 생분해성 플라스틱 • 송진 • 수액 • 수지 • 스티로폼 • 스펀지 • 시트 몰딩 컴파운드(SMC) • 실리콘 • 아스팔트 • 아크릴 • 에폭시 • 엔지니어링 플라스틱 • 염화비닐 • 천연고무 • 천연수지 • 콜타르 • 타르 • 페놀수지 • 페트(PET, 폴리에틸렌 테레프탈레이트) • 페트병 • 폴리머(중합체) • 폴리비닐알코올 • 폴리실리콘 • 폴리아미드 필름 • 폴리아크릴 • 폴리아크릴로나이트릴 • 폴리에스테르(폴리에스터) • 폴리에틸렌 • 폴리염화비닐 • 폴리염화비닐라이덴 • 폴리올레핀 • 폴리우레탄 • 폴리카보네이트 • 폴리프로필렌 • 플라스틱 • 필름 • 합성고무 • 합성수지 • 호박 위키 : 자동차, 교통, 지역, 산업, 기업, 단체, 업무, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반