No.55 에너지 밴드

소개

에너지 대 (energy band)
에너지 띠의 형성 과정에서 가장 핵심적인 부분은 배타원리이다. [그림 1]에 이러한 모델을 도식화 하였다.
우선 파울리의 배타원리 ( exclus- ion principle )란?[그림 1] Si에서 원자간 거리를 줄일 때의 에너지 띠 형성
고체 내부에 전자의 존재가 허용된 에너지 자리 ( allowed energy state )가 있다 하더라도, 임의의 개수의 전자가 이 에너지 자리를 점유할 수 있는 것이 아니라, spin이 서로 다른 두 개의 전자끼리만 그 존재가 허용된다는 것을 말한다. 이 표현을 달리하면 독립된 원자에 속해 있던 전자가 다른 원자로부터의 포텐셜 영향을 받으면 본래 가지고 있던 에너지 값이 변하여 서로 다른 값을 갖게 된다. 더구나 자가 어는 특정원자에만 속하는 것이 아니고 전체시스템 내에서 움직일 수 있게 되면, 이들 서로서로가 영향을 미치어 각각의 전자는 서로 다른 에너지 값을 갖게 된다는 것을 의미한다.

목차

에너지 대 (energy band)
Q1. Energy Band Structure of Divalent Metals
Q2. Bipolar Conduction Metals
Q3. Breakdown Voltages of Insulators
Q4. Breakdown Strength of Insulators
Q5. Definition of 1[eV] & 1[volt]
Q6. Relations b/w W(Work), E(Electric field), V(Voltage), F(Force), I(current)
Q7. Derivation of Excitation Rate Function
Q8. Definition of Effective Mass

본문내용

에너지 대 (energy band)
에너지 띠의 형성 과정에서 가장 핵심적인 부분은 배타원리이다. [그림 1]에 이러한 모델을 도식화 하였다.
우선 파울리의 배타원리 ( exclus- ion principle )란?[그림 1] Si에서 원자간 거리를 줄일 때의 에너지 띠 형성 고체 내부에 전자의 존재가 허용된 에너지 자리 ( allowed energy state )가 있다 하더라도, 임의의 개수의 전자가 이 에너지 자리를 점유할 수 있는 것이 아니라, spin이 서로 다른 두 개의 전자끼리만 그 존재가 허용된다는 것을 말한다. 이 표현을 달리하면 독립된 원자에 속해 있던 전자가 다른 원자로부터의 포텐셜 영향을 받으면 본래 가지고 있던 에너지 값이 변하여 서로 다른 값을 갖게 된다. 더구나 자가 어는 특정원자에만 속하는 것이 아니고 전체시스템 내에서 움직일 수 있게 되면, 이들 서로서로가 영향을 미치어 각각의 전자는 서로 다른 에너지 값을 갖게 된다는 것을 의미한다.
[그림 1]에서 실리콘 원자 사이의 거리가 5.43Å일 때 명확히 분리된 두 개의 구간으로 나누어지는데 이 에너지 띠의 모양이 반도체 성질의 핵심이다. 아래쪽의 에너지 띠를 가전자대 ( valence band )로 부르며, 이 띠는 본래 원자의 최외각 전자가 차지하던 에너지 자리가 갈려져서 이루어진 것이다. 또 본래는 전자가 존재하지 않는 곳이었으나 가전자대의 전자가 뛰어오를 수 있는 에너지 자리의 집합인 위쪽의 띠를 전도대 ( conduction band )라고 부른다. 이와 같은 설명에서 가장 중요한 것은 가전자대 와 전도대 사이에 전자가 차지할 수 있는 자리가 전혀 존재하지 않는 에너지 대역 ( forbidden energy gap )이 존재한다는 것이다.

참고자료

· 전기전자 공학개론 , 김한정 외 공저, 2002, 아진출판사
· 반도체 소자의 이해 , 김원찬 저 , 2002, 대영사
· 재료과학(번역본) , James F. Shackelford , 2001, Prentice Hall
· Introductory Semiconductor Device Physics , Greg Parker ,1994, Prentice Hall