논․서술형 문제

단원명	Ⅳ-2. 반도체와 신소재	( )년 ( )월 ( )일
학 습 주 제	- 도체, 부도체, 반도체의 특징과 이용 - 신소재의 특징과 이용 및 광물 자원의 활용	교과서 256～280쪽
		( )학년 ( )반 ( )번 ( )

◈ 논․서술형 ◈

1. 도체, 부도체, 반도체의 특징을 에너지 준위의 차이점을 이용하여 설명해 보자.  도체의 가전자 띠에는 전자가 부분적으로 채워져 있어, 전압을 걸면 전자가 쉽게 비어있는 에너지 준위로 이동할 수 있으므로 전류가 잘 흐른다. 부도체는 가전자 띠와 전도띠 사이의 간격이 넓어 전압을 걸어도 가전자 띠의 전자가 전도띠로 옮겨갈 수가 없어 전류가 흐르지 않는다. 반도체는 가전자 띠와 전도띠 사이의 간격이 좁아 전압을 걸면 가전자 띠의 전자 중에서 전도띠로 옮겨 가는 전자가 생겨 전류가 흐른다.

2. 불순물 반도체인 n형 반도체와 p형 반도체를 만드는 방법과 각 반도체의 특징에 대하여 서술해 보자.

n형 반도체는 최외각 전자가 4개인 실리콘이나 저마늄에 최외각 전자가 5개인 인이나 안티모니를 소량 첨가하여 만든다. 따라서 1개의 전자가 남는데, 이 전자가 자유 전자처럼 이동하면서 전류가 흐른다.

p형 반도체는 최외각 전자가 4개인 실리콘이나 저마늄에 최외각 전자가 3개인 붕소나 알루미늄을 소량 첨가하여 만든다. 따라서 1개의 전자가 부족하여 구멍이 생기는데, 이 구멍을 양공이라고 부른다. 이 양공을 가까이에 있는 전자가 이동하여 채우면, 그 전자가 있던 자리에 다시 양공이 생기는데 이러한 방식으로 전류가 흐른다.

3. 순수 반도체보다 n형 또는 p형 반도체와 같은 불순불 반도체가 더 많이 사용되는 이유에 대하여 설명해 보자. 순수 반도체는 반도체에 흐르는 전류를 제어하기가 어려우나, 불순물 반도체는 첨가하는 불순물의 양에 따라 전류를 제어하기가 쉽다.

4. 다이오드를 만드는 방법과 다이오드의 정류 작용에 대하여 설명해 보자.

다이오드는 n형 반도체와 p형 반도체를 접합하여 만든다. 이 다이오드는 전류를 한 쪽 방향으로만 흐르게 하는 정류 작용을 하여, 교류를 직류로 바꾸는 과정에서 사용된다.

5. 자기 부상 열차를 운행시키는 데 있어 초전도체가 필요한 이유에 대하여 서술해 보자.

열차를 띄우기 위해서는 강한 자기장이 필요하므로 코일에 전류를 많이 흐르게 한다. 그런데, 코일에 전류가 많이 흐르면 코일의 저항 때문에 열이 발생해 코일이 녹아버릴 수도 있다. 이 때문에 특정 온도 이하에서 저항이 0이 되는 초전도체 물질로 된 코일을 이용하면 전류를 많이 흘려 강한 자기장을 얻을 수 있다.

6. 현재 초전도체가 상용화되고 있지 않는 이유에 대하여 서술해 보자.

초전도체는 특정 온도 이하에서 저항이 0이 되는 물질인데, 이 특정 온도를 임계 온도라고 한다. 지금까지 개발된 초전도체의 임계 온도는 가장 높은 것이 125 K으로 매우 낮은 온도이다. 현대 기술로는 온도를 낮추는 것이 매우 어렵고 비용이 많이 들기 때문에 상용화되지 못하고 있다.

7. 첨단 나노 복합 재료에는 어떤 것이 있으며, 이 재료를 사용하면 기대되는 효과는 무엇인지 서술해 보자. 은 나노 입자를 합성 섬유에 혼합하여 냄새와 무좀을 방지하는 폴리에스테르 양말이 개발되었으며, 탄소 나노 튜브와 고분자 소재를 결합하여 빛 투과도와 전기 전도도가 우수하면서 구부릴 수도 있는 전극 재료를 싼 가격에 공급할 수 있게 되었다.

8. 과학 기술의 발달이 자원의 확보 및 탐사에 어떤 역할을 할 수 있을지 제시하고 설명해 보자.

과학 기술의 발달에 따른 자원의 탐사 방법이 개발되면 자원이 매장되어 있는 지역을 쉽게 찾아낼 수 있고, 또 함유량이 낮은 광석을 찾더라도 효율적으로 자원을 추출할 수 있으며 새로운 대체 자원을 발굴해 낼 수도 있어 자원을 더 많이 확보하는데 크게 기여할 수 있다. 자원의 확보 과정에서도 친환경적인 방법을 제시함으로써 지속 가능한 발전을 도모할 수 있다.

9. 지각에 가장 많은 금속 원소는 알루미늄이고, 두 번째로 많은 금속 원소는 철이다. 철은 이미 오래 전부터 인류가 도구를 만드는 데 사용해 온 광물 자원인데 비해, 가장 양이 많은 알루미늄은 1825년에 와서야 처음으로 그 존재가 알려졌다. 그 이유는 무엇인지 설명해 보자.

알루미늄은 산소와 쉽게 반응하기 때문에 순수한 알루미늄으로 발견되는 일은 거의 없고, 대부분 산소와 단단한 결합한 이루고 있는 산화물의 형태로 산출되며, 녹는점이 높아서 금속 알루미늄만을 추출해 내는 것이 매우 어렵기 때문이다.

◈ 과학 글쓰기 : 디스플레이의 발전 ◈

[과학․기술․사회(264쪽)]를 읽고 다음 물음에 답하시오.

1. 다음 낱말의 뜻을 설명해 보자.

(1) LCD : 액정 분자를 이용하여 만든 화면

(2) AMOLED : 백라이트로 형광등 대신 유기 발광 다이오드를 이용한 화면

(3) 시야각 : 액정 화면이 선명하게 잘 보이는 각도

(4) 유기물 : 구조의 기본 골격으로 탄소 원자를 갖는 화합물

(5) 잔상 : 빛의 자극이 제거된 후에도 시각 기관에 어떤 흥분 상태가 계속되어 시각 작용이 잠시 남는 현상

2. 인터넷 검색을 통하여 CRT, LCD, PDP, AMOLED와 같은 디스플레이의 발전 과정에 대하여 정리 해 보자.

전자총에서 나온 전자가 브라운관 유리에 칠해진 형광 물질을 자극해 다양한 화면을 만들어내는 CRT에서 액정 분자에 전압을 걸거나 걸지 않는 방법을 이용한 LCD, 기체 방전 현상을 이용한 PDP까지 디스플레이가 발전되어 왔다. 그런데 기체를 방전시키는 데에는 많은 전력 소모가 있고, 기술의 발달로 LCD의 시야각 문제가 해결되면서 LCD의 시장 점유율이 높아지고 있는 추세이다. 현재에는 백라이트로 형광등 대신 LED를 사용하는 AMOLED가 차세대 디스플레이로 주목받고 있다.

3. 미래 사회에서 우리에게 필요한 디스플레이는 어떠한 특징과 요건을 갖추어야 할지 자신의 생각을 이야기해 보자.

예) 미래 사회의 디스플레이는 화질이 우수해야 하는 것은 물론이고, 가볍고, 잘 휘어져 휴대하기가 편리해야 할 것이다. 또한, 디스플레이를 구동하는 데 전력 소모가 많지 않아야 한다. 또한, 디스플레이의 화면 전환 속도도 현재보다 빨라질 것이고, 다양한 센서를 장착할 수도 있을 것이다.

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