도서 소개

트랜지스터 발명으로 바딘, 브래튼, 쇼클리가 노벨상을 공동 수상하기까지 고체물리학과 반도체 물리학에 얽힌 다양한 이야기와 역사를 살펴본다. 고체에 관한 고대 과학자들의 생각과 에너지 밴드이론, 페르미 디랙 통계이론 등과 함께 반도체를 이용한 트랜지스터가 나오기 전에 발명된 진공관, 트랜지스터 발명에 이르기까지 반도체 물리학에 혁명을 몰고 온 이론들과 과학자들의 연구 성과를 낱낱이 풀어냈다.

저자를 대변하는 정교수와 독자의 입장에서 정교수에게 질문을 던지는 물리양의 대화 형식을 빌려 풀어나가는 반도체 물리학은 일대일 수업을 듣는 듯 친절하고 흥미진진하며, 지루할 틈 없는 촘촘한 이야기들로 짜여 있다.

<노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학> 시리즈 열 번째 책인 이 책에는 많은 과학자가 등장한다. 그들의 출생 과정과 시대 배경, 과학에 흥미를 느끼게 되는 계기, 연구 과정에서 맞부딪친 좌절과 고난, 마침내 거머쥐게 되는 탁월한 연구 성과와 그 의미 등은 과학에 문외한이었던 이들까지 끌어들일 만큼 흡인력이 있다.

과학자들의 생애를 훑는 과정에는 그들의 실제 모습과 관련 사진을 수록해 독자들의 이해를 돕는다. 본문에 이어 아인슈타인의 고체비열, 보즈와 페르미의 논문, 바딘과 브래튼의 트랜지스터 발명에 관한 논문 원문과 함께 노벨 물리학상과 화학상 수상자 목록을 수록해 더 깊은 탐구의 세계로 이끈다.

  출판사 리뷰

★ 전국 과학교사모임 추천 ★ 일대일 친절한 과학 수업
★ 이공계 진학 예정자 필독서 ★ 노벨상 수상 논문 영문본 수록

트랜지스터의 발견!
그것은 인류사에 있어 하나의 혁명이었다!
4차 산업혁명의 핵심 기술이자 컴퓨터 시대를 살아가는 우리에게 매우 친숙한 반도체에 관한 이론과 반도체 연구에 이바지한 과학자들의 이야기를 한 권에 담았다. 오늘날 모든 전자 기기에 있어 필수적인 부품이 바로 트랜지스터이며, 트랜지스터는 전기 신호를 증폭하고 스위칭하는 반도체 소자이다. 이 책은 전자공학에 일대 혁명을 일으키며 컴퓨터의 개발과 인터넷의 발전, 무선통신의 가능성을 연 트랜지스터가 발명되기까지의 과정을 그 발전사와 함께 살핀다. 독자들은 가장 먼저 반도체의 소재에 관한 흥미 있는 이야기를 만난다. 반도체의 대표적인 소재가 되는 실리콘을 분리해내기 위해 50년간 피나는 노력을 했던 과학자들의 이야기를 통해 반도체가 얼마나 많은 사람의 열정을 통해 우리 곁에 오게 되었는가를 실감할 수 있다. 그 뒤를 이어 에너지 밴드와 페르미 디랙 통계, 반도체이론, 진공관 시대를 거쳐 트랜지스터 발명에 이르기까지 고대 그리스에서부터 시작하여 인텔의 창립까지 반도체 물리학의 이론과 반도체의 발전을 가져온 영웅들의 생생한 이야기가 독자들을 사로잡는다. 무엇보다 과학사에서 유명한 논문들, 즉 아인슈타인의 고체비열, 보즈와 페르미의 새로운 통계에 관한 논문, 바딘과 브래튼의 점접촉 트랜지스터 발명에 관한 논문 원본과 바딘의 노벨상 수상 연설문을 원문으로 접할 수 있는 점은 이 책만이 지닌 강점이자 미덕이다.

반도체가 발명되기까지 불굴의 의지와 열정으로
부단한 연구에 온 힘을 다한 과학자들의 이야기!
액정 연구로 노벨상을 받은 물리학자 드 젠, 아인슈타인의 고체비열에 관한 연구를 수정해서 노벨 화학상을 받은 디바이, 주기율표를 만들면서 실리콘과 주석 사이에 위치한 공백을 메꿀 원소를 예측한 멘델레예프, MRI의 기본 원리인 핵자기 공명 연구를 통해 노벨상을 받은 블로흐, 스핀에 대한 아이디어를 처음 생각하고도 파울리의 비판 때문에 논문을 내지 못해 아이디어를 뺏기고 만 크로니크, 원자폭탄을 만드는 맨해튼 프로젝트에 참여해 활동했던 페니, 도체와 반도체, 그리고 부도체의 원리를 전자의 에너지 밴드로 설명한 윌슨, 자신만의 아이디어로 플랑크의 양자 복사 법칙을 설명하는 논문을 썼지만 출판을 거절당한 보즈는 반도체가 발명되기까지 단단한 밑거름을 제공한 과학자들이다. 그들의 연구에 힘입어 캘리, 쇼클리, 바딘, 브래튼은 비로소 진공관 시대의 막을 내리고 트랜지스터 시대를 열 수 있었다. 이와 함께 전자산업의 꽃을 피우는 데 앞장선 MOSFET 트랜지스터를 발명한 대한민국의 강대원 박사와 아탈라의 이야기도 만날 수 있다. 하나하나의 이론의 탄생이 있기까지 과학자들이 얼마나 많은 창의적인 생각과 실험 속에서 새로운 것을 발견하였는지 안다면 더 이상 과학이 암기해야 할 학문으로 끝나지는 않을 것이다. 더 많은 이들이 과학 분야의 연구에 관심을 두고 불굴의 의지로 연구에 뛰어들어 우리나라에서도 노벨 과학상 수상자가 탄생했으면 하는 저자의 바람이 이 책을 통해 더 많은 독자의 가슴에 와닿기를 소망한다.

반도체 강국 대한민국의 미래를 위해
꼭 읽어야 할 반도체 물리학의 진수!
세계 각국의 반도체 경쟁이 치열하다. 한국은 반도체 강국이지만 K-반도체의 더 큰 도약을 위해 모두가 힘을 모아야 한다. 무엇보다 과학 인재의 육성이 요구된다. 저자는 이 책을 고등학교 수준의 수식을 아는 수학 능력을 가진 사람을 목표로 했다고 하지만 과학에 흥미를 지닌 초등학교 고학년부터 중·고등학생, 일반인은 물론 과학 분야 전문가까지 폭넓은 독자층을 아우른다. 이 책을 통해 반도체 물리학에 관심을 두고 반도체 산업에 기둥이 될 인재로 성장해 나간다면 과학 강국으로서 대한민국의 미래 또한 밝지 않을까? 이 책은 시리즈로 기획되었다. 한 권, 한 권 완성해 나가는 과정을 통해 과학에 흥미를 느끼고 과학에 뜻을 두는 독자들도 생겨날 것이며 대한민국의 과학 수준도 그만큼 높아질 수 있으리라 생각한다. 과학기술은 국가의 미래 경쟁력을 결정하는 매우 중요한 영역이다. 이 책은 독자들에게 과학책을 읽는 즐거움과 새로운 과학 지식을 알아가는 즐거움을 동시에 선사한다. 특히 책 뒷부분에 수록한 위대한 과학자들의 오리지널 논문은 과학도들에게 흥미와 도전의식을 불어넣는 소중한 자료임이 틀림없다. 대한민국이 과학 강국으로 우뚝 서는 그 날까지 <노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학> 시리즈는 과학 꿈나무를 비롯한 모든 이들의 든든한 밑거름이 될 것이다.

규소는 반도체의 대표적인 소재이다. 반도체란 전기를 통하는 도체와 전기를 통하지 않는 부도체의 중간적인 물질을 말한다. 그래서 샌프란시스코의 반도체 기업이 밀집한 지대를 ‘실리콘밸리’라고 부른다. 규소 결정은 반도체의 재료 중 하나인 웨이퍼를 만드는 데 사용된다. 웨이퍼는 얇게 구운 빵이나 쿠키 사이에 잼이나 쿠키를 바른 과자를 말한다.

미국에 이민한 디바이는 분명 기회주의자였다. 디바이는 정권을 잡은 정치 체계가 나치 독일이든, 미국이든 상관없이 충성을 바쳤다. 다만, 디바이는 항상 탈출구를 마련해두었다. 나치 독일에서는 네덜란드 국적을 유지하였고, 미국에서는 나치 독일 외교부와 비밀리에 접촉하였다.

맨해튼 프로젝트가 진행되는 동안 가장 건전한 조언을 제공할 수 있다고 생각되는 사람들과의 가장 신중한 고려와 토론 끝에 중요한 결정이 내려졌다. 이 작전에는 오펜하이머, 폰 노이만, 페니, 파슨스 및 램지가 참여했다.

  작가 소개

지은이 : 정완상
과학에 대한 호기심으로 서울대학교 무기재료공학과에 다녔고, 물리를 향한 마음이 더욱 커져 한국과학기술원(KAIST)에서 이론물리학을 전공하며 석박사 학위를 받았다. 30세에 경상국립대학교 물리학과 교수가 되어 학생들에게 물리 사랑을 전파하고 있다. 초심을 잃지 않기 위해 꾸준히 연구하며 현재까지 국제 학술지(SCI 저널)에 300여 편의 논문을 게재했다. 직접 만나는 학생뿐만 아니라 더 많은 학생들에게 과학과 수학의 즐거움을 알려주고자 책을 통해 독자를 만나고 있다. 〈과학자가 들려주는 과학 이야기 시리즈〉 중 《아인슈타인이 들려주는 상대성 이론 이야기》를 비롯한 31권과 〈과학공화국 법정 시리즈〉 50권을 집필했다. 최근에는 중학교에서도 통하는 초등수학을 카툰으로 그린 〈개념 잡는 수학툰 시리즈〉를 출간했고, 노벨상 오리지널 논문을 쉽게 풀어낸 〈노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈〉를 집필 중이다. 우리나라의 노벨 과학상 수상자가 쏟아져 나오기를 바라는 마음에서 네이버 카페 〈정완상 교수의 노벨상-오리지널 논문 공부하기〉를 운영하기 시작했다.

  목차

추천사
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
트랜지스터 발명을 가져온 삼총사는 누구? _ 노벨 물리학상 받은 킬비 박사 깜짝 인터뷰

첫 번째 만남 : 반도체 소재의 발견
가지가지 고체 _ 금속, 광물, 세라믹으로 불리는 고체들
반도체를 이루는 물질 _ 규소와 저마늄, 이산화규소
재미있는 물질, 지르코니아 _ 천연다이아몬드의 모조품
액정의 발견 _ 라이니처에서 드 젠까지
뒬롱-프티의 법칙 _ 고체비열을 공동으로 연구하다
이안슈타인의 고체비열 공식 _ 노벨상의 영광은 디바이에게
실리콘과 저마늄의 발견 _ 도체도 부도체도 아닌

두 번째 만남 : 에너지 밴드
양자역학의 탄생 _ 입자와 파동의 성질을 동시에
고체물리와 양자역학을 연결하다 _ 네 명의 과학자들
에너지 밴드와 밴드갭 _ 허용 영역과 금지 영역
전자와 정공의 유효질량 _ 반도체에 전기장을 걸어주면?

세 번째 만남 : 페르미 디랙 통계
양자통계역학 _ 양자역학과 통계물리학의 만남
보즈-아인슈타인 통계 _ 아인슈타인에게 보낸 편지
페르미 디랙 통계 _ 총 경우의 수를 최대치로 하려면?

네 번째 만남 : 반도체이론
자유전자의 양자 상태 밀도 _ 에너지의 제곱근에 비례
페르미 디랙 분포함수 _ 온도와 페르미 확률밀도함수의 상관관계
반도체의 기본 관계식 _ 유효상태 밀도함수란?
진성반도체와 외인성반도체 _ n형 반도체, p형 반도체

다섯 번째 만남 : 진공관의 시대
진공관 다이오드의 발명 _ 교류를 직류로 변환하다
플레밍 밸브와 마르코니의 무선전신 _ 대서양을 횡단하라
반도체 다이오드 _ p-n 접합을 발명한 러셀 올

여섯 번째 만남 : 트랜지스터의 발명
트랜지스터 시대를 연 사람들 _ 켈리, 바딘, 쇼클리, 브래튼
점접촉 트랜지스터의 발명 _ 입력 신호를 100배로 증폭시키다
금속산화막 반도체 장효과 트랜지스터_ 아탈라와 강대원 박사
집적회로의 발명 _ 킬비와 노이스

만남에 덧붙여
Planck’s Theory of Radiation and The Theory of Specific Heat
_ 아인슈타인 논문 영문본
Planck’s Law and The Light Quantum Hypothesis
_ 보즈 논문(1924) 영문본
On Quantizing an Ideal Monatomic Gas
_ 페르미 논문 영문본
The Transistor, A Semi-Conductor Triode
_ 바딘-브래튼 논문 영문본
Semiconductor Research Leading to the Point Contact Transistor
_ 바딘 노벨상 수상 연설 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 논문들
수식에 사용하는 그리스 문자
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다
노벨 화학상 수상자들을 소개합니다

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