[물리전자공학] 7. 직접형 반도체와 간접형 반도체 (Direct bandgap & Indirect bandgap)

지난 포스팅에서 도체, 부도체, 반도체 각각의 에너지 밴드갭 특성을 알아보았다.

1.6 반도체 기초 - 에너지 밴드 갭 (Energy band gap)

 
오늘은 이 에너지 밴드갭의 두 유형을 알아본다.
간만에 올리는 쉬운 내용이다.
 
 
 

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Direct bandgap

: Ec레벨과 Ev 레벨이 동일한 k축 상에 있는 경우

 

이런 경우, Ec 레벨의 전자가 Ev 레벨로 내려올 때 k 값은 변하지 않기 때문에 운동 에너지의 변화 또한 없다.
즉, 운동에너지만 변한다.
변한 운동에너지는 photon(광자) 형태로 방출된다.
따라서, 방출된 광자의 에너지는 Eg 만큼의 크기를 가진다.
 
이것이 바로 LED가 빛을 내는 원리!
보통 GaAs, InP, GaN 등의 III-V 합성 반도체가 여기에 해당한다.
 
 
 
 
 

Indirect bandgap

: Ec레벨과 Ev 레벨이 다른 k축 상에 있는 경우

 
Direct bandgap 과 달리, Ec 레벨과 Ev 레벨이 다른 k축 상에 있는 상태다.
따라서 Ec 레벨의 전자가 Ev 레벨로 내려올 때, k축의 변화가 일어날 수 밖에 없다.
Direction bandgap과 달리 운동에너지에도 변화가 생기는 것이다.
이 운동에너지의 변화는 phonon scattering이라는 열에너지 형태로 방출된다.
 

위치에너지의 변화 또한 발생하는데, 이 값은 에너지 밴드갭보다 작을 수 밖에 없다.
에너지 밴드갭 크기와 위치에너지 변화량이 동일한 Direct bandgap과는 완전! 다르다.
 

이런 경우, Ev 레벨의 전자를 Ec 레벨로 끌어올리기 위해서는 더 많은 에너지가 필요하다.
열에너지로 인한 손실이 발생하기 때문이다.
따라서 Indirect bandgap을 가진 물질은 LED 등의 광학 소자를 만드는 데엔 부적합하다.
 
Si, Ge 등이 이에 해당된다.
 
 
 

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간만에 직관적이고 어렵지 않은 내용이 나와서 포스팅 시간도 짧다 ^_^v
점점 뭔가 반도체스러운(?) 내용이 많이 나오는 것 같아 좋다!