2015 개정 교육과정

단원별· 주제별 평가원 모의고사 / 수능 기출 문제

물리학Ⅰ

Ⅱ. 물질과 전자기장

09. 에너지띠와 반도체

□ 2012년 시행된 2014 예비 대학수학능력시험 모의고사를 포함하여 2013년부터 출제된 평가원 모의고사와 대학수학능력시험 기출 문제를 단원별 • 주제별로 정리하여 기출 문제의 흐름을 효과적으로 파악할 수 있도록 하였으며, 자세한 정답과 해설을 함께 구성하였습니다.

□ 단, 2015 개정 교육과정 적용 전의 기출 문제는 2015 개정 교육과정에 포함되지 않은 개념의 보기가 있을 수 있습니다.

□ 기출 문제 원본 그대로의 용어로 되어 있습니다. 따라서 2015 개정 교육과정의 용어와 다를 수 있습니다.

□ 평가원 모의고사의 경우 시행년도와 월을 표기하였고, 대학수학능력시험의 경우 대비학년도로 표기하였습니다.

□ ▪2013년 6월에 실시한 평가원 모의고사의 경우 [2014. 6. 평가원 1번 문제]

▪2013년 11월에 실시한 대학수학능력시험의 경우 [2014. 수능 1번 문제]

09. 에너지띠와 반도체

Ⅱ-09. 에너지띠와 반도체

■ 에너지띠

[2014. 예비수능 10번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 실리콘과 다이아몬드의 에너지띠 구조를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 원자가띠에 있는 전자들의 에너지는 모두 같다. ㄴ. 원자가띠에 있던 전자가 전도띠로 이동할 때는 에너지를 흡수한다. ㄷ. 다이아몬드는 실리콘보다 전기 전도성이 좋다.

① ㄱ    ② ㄴ    ③ ㄷ    ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2016. 6. 평가원 3번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 고체 A와 B의 에너지띠 구조를 모식적으로 나타낸 것이다. A와 B는 각각 도체와 반도체 중 하나이고, 색칠한 부분은 전자가 차 있는 에너지 준위를 나타낸다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. A는 도체이다. ㄴ. B에서 전자가 원자가 띠에서 전도 띠로 전이하면 양공이 생긴다. ㄷ. B에서 원자가 띠에 있던 전자가 에너지를 방출하며 전도 띠로 전이한다.

① ㄴ    ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ    ④ ㄱ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2017. 9. 평가원 4번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 고체 A, B, C의 에너지띠 구조를 나타낸 것이다. A, B, C는 도체, 반도체, 절연체를 순서 없이 나타낸 것이다. 색칠한 부분은 에너지띠에 전자가 차 있는 것을 나타낸다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. A는 절연체이다. ㄴ. 상온에서 전기 전도성은 B가 C보다 좋다. ㄷ. 온도가 높을수록 B에서 양공의 수는 줄어든다.

① ㄱ     ② ㄴ     ③ ㄷ     ④ ㄱ, ㄴ     ⑤ ㄱ, ㄷ

[2018. 9. 평가원 2번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 고체 A와 B의 에너지띠 구조를 나타낸 것이다. A와 B는 각각 도체와 절연체 중 하나이고, 색칠한 부분은 에너지띠에 전자가 차 있는 것을 나타낸다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. A는 절연체이다. ㄴ. A에서 원자가 띠의 전자가 전도띠로 전이하려면 띠틈 이상의 에너지를 얻어야 한다. ㄷ. B에는 상온에서 원자 사이를 자유롭게 이동할 수 있는 전자들이 많다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2020. 9. 평가원 5번 문제]- 물리Ⅰ

그림 (가), (나)는 반도체의 원자가 띠와 전도띠 사이에서 전자가 전이하는 과정을 나타낸 것이다. (나)에서는 광자가 방출된다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. (가)에서 전자는 에너지를 흡수한다. ㄴ. (나)에서 방출되는 광자의 에너지는 E0보다 작다. ㄷ. (나)에서 원자가 띠에 있는 전자의 에너지는 모두 같다.

① ㄱ   ② ㄴ   ③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2020. 수능 3번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 상온에서 고체 A와 B의 에너지띠 구조를 나타낸 것이다. A와 B는 반도체와 절연체를 순서 없이 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. A는 반도체이다. ㄴ. 전기 전도성은 A가 B보다 좋다. ㄷ. 단위 부피당 전도띠에 있는 전자 수는 A가 B보다 많다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2021. 9. 평가원 5번 문제]- 물리학Ⅰ

다음은 물질 A, B, C의 전기 전도도를 알아보기 위한 탐구이다.

[자료 조사 결과]

◦ A, B, C는 각각 도체와 반도체 중 하나이다.

◦ 에너지띠의 색칠된 부분까지 전자가 채워져 있다.

[실험 과정]

(가) 그림과 같이 저항 측정기에 A, B, C를 연결하여 저항을 측정한다.

(나) 측정한 저항값을 이용하여 A, B, C의 전기 전도도를 구한다.

[실험 결과]

물질	A	B	C
전기 전도도(1/Ω·m)	6.0×107	2.2	㉠

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. ㉠에 해당하는 값은 2.2보다 작다. ㄴ. A에서는 주로 양공이 전류를 흐르게 한다. ㄷ. B에 도핑을 하면 전기 전도도가 커진다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2021. 수능 4번 문제]- 물리학Ⅰ

다음은 물질의 전기 전도도에 대한 실험이다.

[실험 과정]

(가) 물질 X로 이루어진 원기둥 모양의 막대 a, b, c를 준비한다.

(나) a, b, c의

㉠

과/와 길이를 측정한다.

(다) 저항 측정기를 이용하여 a, b, c의 저항값을 측정한다.

(라) (나)와 (다)의 측정값을 이용하여 X의 전기 전도도를 구한다.

[실험 결과]

막대	㉠□ (cm2) □	길이 (cm)□	저항값 □(kΩ)□	전기 전도도 (1/□Ω· m)□
a	0.20	1.0	㉡	2.0×10-2
b	0.20	2.0	50	2.0×10-2
c	0.20	3.0	75	2.0×10-2

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. 단면적은 ㉠에 해당한다. ㄴ. ㉡은 50보다 크다. ㄷ. X의 전기 전도도는 막대의 길이에 관계없이 일정하다.

① ㄱ   ② ㄴ   ③ ㄱ, ㄷ  ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

■ 반도체와 다이오드

[2014. 6. 평가원 12번 문제]- 물리Ⅰ

그림 (가)는 실리콘([eqn: rm Si])에 불순물 [eqn: rm a]를 첨가한 반도체 [eqn: rm A]와 불순물 [eqn: rm b]를 첨가한 반도체 [eqn: RMB]를 접합하여 만든 [eqn: rm p]-[eqn: rm n] 접합 다이오드가 연결된 회로를, (나)는 (가)에서 [eqn: rm B]를 구성하는 원소와 원자가 전자의 배열을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. [eqn: rm a]의 원자가 전자는 4개보다 적다. ㄴ. (가)에서 전압은 순방향이다. ㄷ. [eqn: rm A]의 내부에서 양공은 접합면에서 멀어진다.

① ㄱ    ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2014. 예비수능 11번 문제]- 물리Ⅰ

그림과 같이 스위치, p-n 접합 다이오드, 저항을 이용하여 회로를 구성하였다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. 스위치를 a 에 연결하면 p형 반도체에 있는 양공이 p-n 접합면에서 멀어진다. ㄴ. 스위치를 b에 연결하면 다이오드에 순방향 전압이 걸린다. ㄷ. 다이오드에 전류가 흐르도록 스위치를 연결하였을 때, n형 반도체에서는 주로 양공이 전류를 흐르게 한다.

① ㄱ    ② ㄷ    ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄱ, ㄷ    ⑤ ㄴ, ㄷ

[2014. 9. 평가원 13번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 p형, n형 반도체를 접합하여 만든 발광 다이오드를 직류 전원 장치에 연결했을 때, 빨간색 빛이 나오고 있는 것을 모식적으로 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. 전원 장치의 단자 a는 (+)극이다. ㄴ. n형 반도체의 전도띠에 있는 전자가 접합면으로 이동한다. ㄷ. 띠틈이 더 큰 발광 다이오드를 연결하면 파장이 더 긴 빛이 나온다.

① ㄴ     ② ㄷ    ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄱ, ㄷ  ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2015. 6. 평가원 12번 문제]- 물리Ⅰ

그림과 같이 발광 다이오드(LED)를 이용하여 회로를 구성하였다. [eqn: rmX],[eqn: rmY]는 p형 반도체와 n형 반도체를 순서 없이 나타낸 것이다. 스위치 S를 a에 연결했을 때 LED에서 빛이 방출되었다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. [eqn: rm X]는 p형 반도체이다. ㄴ. [eqn: rmY]에서는 주로 양공이 전류를 흐르게 한다. ㄷ. S를 b에 연결할 때, n형 반도체에 있는 전자의 이동 방향은 p-n 접합면에서 멀어지는 방향이다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄷ	④ ㄱ, ㄷ   ⑤ ㄴ, ㄷ

[2015. 수능 12번 문제]- 물리Ⅰ

그림과 같이 전압이 같은 두 전원 장치에 저항값이 같은 저항 [eqn: rm R_1 ,~R_2]와 p-n 접합 다이오드를 연결하여 회로를 구성하였다. X와 Y는 p형 반도체와 n형 반도체를 순서 없이 나타낸 것이다. 점 c에 흐르는 전류의 세기는 스위치 S를 a에 연결했을 때가 b에 연결했을 때보다 크다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. X는 p형 반도체이다. ㄴ. S를 a에 연결했을 때, p형 반도체에 있는 양공이 p-n 접합면 쪽으로 이동한다. ㄷ. S를 b에 연결했을 때, [eqn: rm R_1]에 흐르는 전류의 세기는 [eqn: rm R_2]에 흐르는 전류의 세기보다 크다.

① ㄴ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ	④ ㄱ, ㄷ  ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2015. 9. 평가원 3번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 각각 순수한 실리콘(Si) 반도체 X와 실리콘에 붕소(B)를 도핑한 반도체 Y의 원자 주변의 전자 배열을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. 붕소의 원자가 전자는 5개이다. ㄴ. [eqn: rmY]는 n형 반도체이다. ㄷ. [eqn: rmY]는 [eqn: rmX]보다 전기 전도성이 좋다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄷ	④ ㄱ, ㄷ   ⑤ ㄴ, ㄷ

[2016. 6. 평가원 17번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 빛의 삼원색 중 하나를 내는 p-n 접합 발광 다이오드(LED) A, B, C가 전압이 일정한 전원에 순방향 또는 역방향으로 연결된 회로를 나타낸 것이다. A, B, C는 서로 다른 색의 빛을 내는 발광 다이오드이며, 각각 스위치 a, b, c에 연결되어 있다. 표는 a, b, c 중 두 개를 닫아 다이오드에서 나오는 빛이 합쳐진 색을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. A는 빨강 빛을 내는 발광 다이오드이다. ㄴ. 원자가 띠와 전도 띠 사이의 띠틈은 A가 B보다 크다. ㄷ. c를 닫았을 때, C에서 n형 반도체에 있는 전자는 p-n 접합면 쪽으로 이동한다.

① ㄱ    ② ㄴ    ③ ㄱ, ㄷ    ④ ㄴ, ㄷ  ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2016. 수능 12번 문제]- 물리Ⅰ

그림 (가)는 실리콘(Si) 결정의 에너지띠 구조를, (나)는 실리콘에 갈륨(Ga)을 첨가한 반도체와 불순물 a를 첨가한 반도체를 접합한 p-n 접합 다이오드의 원자가 전자의 배열을 나타낸 것이다. (가)의 원자가 띠에는 전자가 가득 차 있다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. (가)에서 원자가 띠에 있는 전자의 에너지는 모두 같다. ㄴ. (나)에서 a의 원자가 전자는 5개이다. ㄷ. (나)에서 p-n 접합 다이오드에 순방향의 전압을 걸면 p형 반도체에 있는 양공은 p-n 접합면 쪽으로 이동한다.

① ㄱ   ② ㄴ    ③ ㄱ, ㄷ    ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2017. 6. 평가원 16번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 p형 반도체와 n형 반도체를 접합하여 만든 태양 전지에 빛을 비추었을 때 태양 전지에 연결된 발광 다이오드(LED)에서 빛이 방출되는 것을 모식적으로 나타낸 것이다. 발광 다이오드의 A와 B는 p형 반도체와 n형 반도체 중 하나이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. B에서는 주로 양공이 전하를 운반한다. ㄴ. 태양 전지의 p-n 접합면에서 생성된 양공은 p형 반도체 방향으로 이동한다. ㄷ. 발광 다이오드의 p-n 접합면에서 전자와 양공이 결합한다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2017. 수능 8번 문제]- 물리Ⅰ

그림 (가)는 저마늄(Ge)에 비소(As)를 첨가한 반도체 A와 저마늄(Ge)에 인듐(In)을 첨가한 반도체 B를, (나)는 A와 B를 접합하여 만든 다이오드가 연결된 회로를 나타낸 것이다.

(가)                       (나)

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. A는 p 형 반도체이다. ㄴ. B 에서는 주로 양공이 전류를 흐르게 한다. ㄷ. (나)의 다이오드에 역방향 전압이 걸린다.

① ㄱ   ② ㄴ   ③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2018. 6. 평가원 15번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 동일한 p-n 접합 발광 다이오드(LED) A, B, C, D에 전지 2개, 저항, 스위치를 연결한 회로를 나타낸 것이다. 스위치를 a에 연결했을 때 A와 D가 켜지고, 스위치를 b에 연결했을 때 B와 C가 켜진다. X와 Y는 각각 p형 반도체와 n형 반도체 중 하나이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. X는 n형 반도체이다. ㄴ. 스위치를 b에 연결했을 때, Y에서는 주로 양공이 전류를 흐르게 한다. ㄷ. 스위치를 a에 연결했을 때와 b에 연결했을 때에 저항에 흐르는 전류의 방향은 서로 반대이다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2019. 9. 평가원 12번 문제]- 물리Ⅰ

그림은 동일한 p-n 접합 다이오드 2개, 동일한 저항 A, B, C와 전지를 이용하여 구성한 회로를 나타낸 것이다. X와 Y는 p형 반도체와 n형 반도체를 순서 없이 나타낸 것이다. A에는 화살표 방향으로 전류가 흐른다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. X에서는 주로 양공이 전류를 흐르게 한다. ㄴ. Y는 p형 반도체이다. ㄷ. 전류의 세기는 B에서가 C에서보다 크다.

① ㄱ    ② ㄴ    ③ ㄷ    ④ ㄱ, ㄷ    ⑤ ㄴ, ㄷ

[2019. 9. 평가원 16번 문제]- 물리Ⅰ

그림과 같이 p형 반도체와 n형 반도체를 접합하여 만든 태양 전지에 빛을 비추었더니 저항에 화살표 방향으로 전류가 흘렀다. X는 p형 반도체와 n형 반도체 중 하나이며, 태양 전지의 p-n 접합면에서 생성된 전자의 이동 방향은 ⓐ와 ⓑ 중 하나이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 태양 전지의 p-n 접합면에서 생성된 전자의 이동 방향은 ⓐ이다. ㄴ. X는 p형 반도체이다. ㄷ. 태양 전지는 교류 전류를 발생시킨다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ  ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2020. 6. 평가원 10번 문제]- 물리Ⅰ

다음은 p-n 접합 발광 다이오드(LED)를 이용한 빛의 합성에 대한 탐구 활동이다.

[자료 조사 결과]

○ LED는 띠 간격의 크기에 해당하는 빛을 방출한다.

○ LED A, B, C는 각각 빛의 삼원색 중 한 종류의 빛만 낸다.

○ 띠 간격의 크기는 A>B>C이다.

[실험 과정]

(가) 그림과 같이 A, B, C에서 나오는 빛이 합성되는 조명 장치를 구성한다.

(나) 스위치를 닫고 조명 장치의 색을 관찰한다.

(다) 스위치를 열고 전지의 방향을 반대로 바꾼 후 (나)를 반복한다.

(라) (다)에서 스위치를 열고 B의 방향을 반대로 바꾼 후 (나)를 반복한다.

[실험 결과]

실험 과정	(나)	(다)	(라)
조명 장치의 색	㉠	자홍색	백색

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X는 p형 반도체와 n형 반도체 중 하나이다.) [3점]

	<보 기>
ㄱ. A는 파란색 빛을 내는 LED이다. ㄴ. X는 n형 반도체이다. ㄷ. ㉠은 초록색이다.

① ㄱ   ② ㄴ   ③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2020. 9. 평가원 10번 문제]- 물리Ⅰ

다음은 p-n 접합 다이오드의 특성을 알아보기 위한 실험이다.

[실험 과정]

(가) 그림과 같이 p-n 접합 다이오드 A와 B, 저항, 오실로스코프 Ⅰ과 Ⅱ, 스위치, 직류 전원, 교류 전원이 연결된 회로를 구성한다. X, Y는 각각 p형 반도체와 n형 반도체 중 하나이다.

(나) 스위치를 직류 전원에 연결하여 Ⅰ, Ⅱ에 측정된 전압을 관찰한다.

(다) 스위치를 교류 전원에 연결하여 Ⅰ, Ⅱ에 측정된 전압을 관찰한다.

[실험 결과]

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

	<보 기>
ㄱ. X는 p형 반도체이다. ㄴ. (나)의 A에는 순방향 전압이 걸려 있다. ㄷ. (다)의 Ⅱ에서 전압이 [eqn: -V _{0}]일 때, B에서 Y의 전자는 p-n 접합면 쪽으로 이동한다.

① ㄱ   ② ㄷ   ③ ㄱ, ㄴ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

[2021. 6. 평가원 10번 문제]- 물리학Ⅰ

그림은 동일한 전지, 동일한 전구 P 와 Q , 전기 소자 X와 Y를 이용하여 구성한 회로를 나타낸 것이고, 표는 스위치를 연결하는 위치에 따라 P, Q 가 켜지는지를 나타낸 것이다. X, Y 는 저항, 다이오드를 순서 없이 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. X 는 저항이다. ㄴ. 스위치를 a에 연결하면 다이오드에 순방향으로 전압이 걸린다. ㄷ. Y 는 정류 작용을 하는 전기 소자이다.

① ㄱ   ② ㄴ   ③ ㄱ, ㄷ   ④ ㄴ, ㄷ   ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ