기준일을 100으로 놓고 그린 선입니다. 통화가 서로 달라 지수로 겹쳤습니다.
옆 판이 읽어 주는 두 숫자는 외운 값이 아니라 정육면체 하나에서 따라 나오는 기하입니다 — 최근접 거리는 몸대각선의 4분의 1이고, 결합각은 cosθ = −1/3 입니다.
실물은 이렇게 생겼다
위 화면은 제가 계산해서 그린 격자입니다. 그 격자가 실제로 어떻게 만들어지고 어떻게 생겼는지, 라이선스가 확인되는 사진만 가져왔습니다.
① 통짜 결정은 이렇게 만든다
로 안에서 자라는 중인 실리콘 결정입니다. 아래 구리 고리가 가열부이고, 결정은 그 위 아주 가는 목 하나로만 이어져 매달려 있습니다.
왜 저렇게 가늘게 시작하느냐 — 처음 몇 센티를 일부러 좁게 뽑아내면 결함이 그 목에서 걸러집니다. 그 뒤로 굵어지는 부분은 처음부터 끝까지 같은 격자가 됩니다. 위에서 계산한 5.431 Å 간격이 이 덩어리 전체에 끊기지 않고 이어진다는 뜻입니다.
표면에 세로로 흐르는 줄무늬는 자라면서 남은 자국입니다. 이 결정은 아보가드로 프로젝트가 원자 수를 세려고 기른 것입니다 — 격자 간격과 부피를 재면 원자가 몇 개인지 나온다는 원리가, 이 판이 밀도 4.99×10²² /cm³를 내는 방식과 같습니다.
② 다 자란 덩어리 — 이게 잉곳이다
베를린 자연사박물관에 전시된 실리콘 잉곳입니다. 검고 매끈한 총알 모양이고, 표면에 나이테 같은 줄이 보입니다. 자랄 때 회전하면서 생긴 자국입니다.
이 덩어리 안에서 원자들은 109.47°씩 벌어진 채 2.352 Å 거리로 서로 손을 잡고 있습니다. 위 화면이 그리는 그 각도와 거리가, 저 덩어리 끝에서 끝까지 똑같이 반복됩니다.
그리고 이 판의 핵심 — 여기에 도판트를 섞습니다. 기본값에서 그 비율이 원자 499만 개당 1개입니다. 저 덩어리를 통째로 뒤져야 하나 나오는 수준인데, 반도체가 되느냐 마느냐는 그 하나가 정합니다.
왼쪽 파란 판은 같은 실리콘으로 만든 태양전지, 오른쪽 투명한 건 원료인 석영입니다.
③ 갈아낸 면과 깨진 면
같은 실리콘인데 왼쪽 큰 판은 거울이고 앞의 두 덩어리는 부서진 돌처럼 보입니다. 판 표면에 방이 그대로 비칩니다.
차이는 연마뿐입니다. 웨이퍼는 이 정도로 갈아야 그 위에 회로를 새길 수 있습니다 — 울퉁불퉁하면 빛으로 그리는 무늬가 어긋납니다. 앞의 깨진 조각을 보면 실리콘이 금속처럼 늘어나지 않고 유리처럼 쪼개진다는 것도 보입니다. 격자가 단단히 맞물려 있어서 그렇습니다.