반도체 나노입자 합성설계 및 분광학적 성질 분석 예비

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론 및 배경
3. 장치 및 시약
4. 실험방법
5. 참고문헌

본문내용

3. 실험 이론 및 배경
♣배경: 보통 벌크의 반도체 상의 전자 에너지 상태는 띠이론(band theory)에 의하여 설명된다. 고체를 구성하고 있는 무한히 많은 원자는 각각 원자의 에너지 준위가 매우 가까이 접근되어있어 결합을 나타내는 분자궤도 함수의 에너지 준위들은 연속되어 있는 것처럼 생각할 수 잇는데, 이것을 에너지 띠(band)라고 부른다. 원자가 결합하여 분자가 될 때 결합 궤도함수와 반결합 궤도함수가 생성되는 것과 마찬가지로 고체의 띠도 결합 띠와 반결합 띠가 형성된다. 그리고 반도체는 가장 높은 채워진 결합 띠를 전도띠(conduction band)라 한다. 그리고 두 띠 사이의 에너지의 차이를 띠 간격이라고 한다. 이것은 보통 작은 분자의 HOMO-LUMO 차이와 같은 개념에 해당한다. 그러나 작은 나노 반도체 입자 (지름 20~100nm)의 경우 벌크고체와 다른 광학적 성질을 보인다. 입자의 크기가 작아짐에 따라 다음의 두 가지 광학적 효과를 관찰할 수 있다. 첫째, 벌크의 에너지띠를 구성하는 에너지 준위가 점차로 비연속적으로 되면서 양자화된다. 즉, 분자와 비슷한 에너지 준위 형태를 갖는다. 둘째, 띠간격의 크기가 증가한다. 이러한 나노입자의 크기의 변화에 의한 성질의 변화를 “양자크기 효과” 또는 “양자갇힘 효과“하고 부른다. 이 효과에 의하여 나노입자는 분자 또는 벌크와 다른 분광학적 성질을 보이고 이에 대하여 다음의 양자역학을 설명할 수 있다.

(1)나노입자의 전자준위
반도체의 띠 간격은 격자 내에서 전하 운반자들인 전자(e-)와 양전하 정공(h+)을 만든 다음 그들 사이의 상호작용이 무시될 정도로 멀리 떨어지게 하는 데 필요한 에너지에 해당한다. 한 전하 운반자가 다른 반대 전하를 가진 전하 운반자에 접근하여 결합된 상태를 만들 수 있는데, 이를 워니어 엑시톤(Wannier exciton)이라 부른다.

참고 자료

물리화학실험/대한화학회/淸文閣/2011
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