[물리전자공학] 6. 에너지 밴드 갭 (Energy band gap)

 

에너지 밴드라는 개념이 너무 중요한 나머지.. 연달아 2개의 포스팅에서 에너지 밴드를 설명했다.

하나는 정성적으로, 다른 하나는 정량적으로 에너지 밴드를 다뤘는데,

역시나 정성적인 설명이 더 쏙쏙 이해되는듯.

 

2024.09.29 - [반도체/물리전자공학] - 1.4 반도체 기초 - 에너지 밴드 (Energy band)

1.4 반도체 기초 - 에너지 밴드 (Energy band) (1)

2024.10.02 - [반도체/물리전자공학] - 1.5 반도체 기초 - 에너지밴드, 크로니 페니 모델 (Kronig-Penny Model)

1.5 반도체 기초 - 에너지밴드, 크로니 페니 모델 (Kronig-Penny Model)

 

그리고..

드디어!!!!!!!!!

6번째 포스팅이 되어서야 겨우 반도체가 왜 반도체적 성질을 띠는지 설명할 수 있게 되었다.

 

 

 

 

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지난 번 포스팅에서도 말했지만.

에너지 밴드갭이란 Conduction band의 가장 낮은 에너지 레벨과 Valence band의 가장 높은 에너지 레벨의 차이를 의미한다.

즉, Conduction band와 Valence band 사이의 에너지 격차인 것이다.

이 에너지 밴드갭은 격자구조 내에서의 원자 간 거리에 의해 결정되기 때문에, 상수값을 가진다.

 

 

바로 이 에너지 밴드갭이라는 것 때문에 반도체가 반도체일 수 있는 것이다.

이게 무슨 말이냐고?

 

반도체라 함은, 특정 조건에서 전기가 통함을 의미한다.

전기가 통한다는 것은 전자의 이동이 발생한다는 것이다.

 

 

도체, 부도체와의 비교 그림을 살펴보자.

 

 

metal, 즉 도체의 경우, 에너지 밴드갭이 없다.

Conduction band와 Valence band가 겹쳐있다.

이 때문에 valence band에서 conduction band로의 전자 이동이 자유로워도 너무 자유롭다.

자유로운 전자를 봐 자유로워

따라서 도체에서는 전자의 이동이 활발히 발생할 수 있다.

 

반면 절연체, 즉 부도체의 경우, 에너지 밴드갭이 아주 크다.

이러한 이유로 valence band의 전자가 conduction band로 이동하기가 어렵다.

 

그리고 반도체는 도체와 부도체 사이의 성질을 가지고 있다.

반도체가 가진 에너지 밴드갭의 크기 또한 도체보다 크고, 부도체보다 작다.

도체만큼 전자의 이동이 자유로운 것은 아니지만,

도체와 달리 에너지 밴드갭의 크기가 적절해서,

적당한 에너지를 주면 전자의 이동을 유발할 수 있다.

이렇게 "적절한" 크기의 에너지 밴드갭을 가지기에 반도체가 "반도체"일 수 있는 것이다.

 

아, 참고로 여기에서의 "이동"이란 공간에서의 이동이 아님에 주의하자.

에너지 레벨의 이동이다!

 

 

 

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1.1에서.. 반도체를 반도체로 만들어주는 성질이 무엇인지에 대해 서두를 열었는데,

그에 대한 대답이 이제서야 나왔다 히히.

 

이 다음 포스팅에서는 에너지 밴드갭의 종류 두 가지에 대해 간단히 알아보겠다.