[추가학습] Energy band-gap 이란 무엇일까?

(1) 실리콘의 결정 구조 ( crystal structure of silicon)

실리콘(silicon,Si)은 원자번호 14번의 원자

 

출처https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B7%9C%EC%86%8C

중요한 것은 최외각전자가 4개 라는 사실

 

최외각 전자는 원자핵과의 결합이 약함(핵과 멀어질 수록 약해짐)

그러므로 당연히 원재핵의 영향에서 이탈하기가 가장 쉬움

 

원자핵과의 결합을 깨고 이탈한 전자 > 자유전자

그렇다면 왜 전자들이 결합을 깨려고 하는가?

원소들은 안정된 상태로 변화하려는 특성을 가지고 있는데 

최외각 전자 개수를 기준으로 8개가 안정된 상태임

 

실리콘은 그러므로 불안정한 상태 > 결합을 통해 최외각 전자를 8개로 만들려고함 

(2) energy band 와 energy gap

 

전자들은 모두 양자화된 에너지를 가지고 있음 > 추후 더 공부해보기

 

https://sites.google.com/site/cadmiumselenidenanoparticles/theory/band-gap-energy

원자가 하나일때는 에너지 준위가 선으로 나타나게 됨

고체결정 구조가 되면 에너지 준위는 세분화되고 그 간격이 촘촘해짐 > 정확한 이해를 하기 위해선 좀더 공부가 필요함

 

에너지 준위가 촘촘해져 특성 구간내에 모든 에너지 준위에 전자가 존재할 수 있게 됨 > energy band

energy band 사이에 전자가 존재할 수 없는 에너지 구간 > forbidden band(금지대)

 

 

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9B%90%EC%9E%90%EA%B0%80%EB%9D%A0

전자가 마지막으로 채워진 band > valence band

그 위 band > conduction band

 

conduction band에 있는 전자는 자유전자가 됨

그것이 가능해지려면 valence band에서 에너지를 얻어서  conduction band로 올라가야함

 

여기서부턴 잘 알고 있던 사실이긴 한데 그림을 통해 우선 보면

 

http://www.ktword.co.kr/word/abbr_view.php?m_temp1=4080

https://ecee.colorado.edu/~bart/book/book/chapter2/ch2_3.htm

insulator(부도체)는 valence band가 모두 차있기 때문에

conduction band로 가기 위해선 band gap만틈의 에너지를 받아야함

부도체의 경우엔 이러한 gap이 커 에너지도 많이 필요함

 

semiconductor(반도체)의 경우엔 부도체와 유사한 구조지만

band gap이 작기 때문에 외부조건에 따라 전도성과 저항이 변함