[물리전자] 에너지갭(Energy Gab)이란 무엇인가?

소개

물리전자에서 에너갭에 관한 상세한 레포트로, 여러 책을 찾아 작성했습니다.

목차

없음

본문내용

중학교나 고등학교에서 원자의 구조에 대해 배웠는데 처음으로 접하게 되는 내용은 원자 핵이 가운데에 있고 그 주위를 전자가 돈다는 것이다. 이는 현대 물리에서는 `돈다`라는 표현보다는 전자가 발견될 확률의 분포로 전자를 이해하고 있으며, 이것을 오비탈이라 부르지만 지금은 보어의 수소원자 모형에서처럼 전자는 그냥 핵 주위의 원궤도를 돈다고 생각하고 규칙적인 원자배열의 Si를 예로 들어 위의 내용을 설명하겠다.
중략..

이를 보면 마지막 부분이 다 차지 못해 불안정한 것을 볼 수 있다. 처음 이 원자들은 멀리 떨어져 멀리 이웃한 원자들의 전자들이 상호작용하지 않고 불연속적 에너지 준위를 차지하게 된다. 그러나 안정한 상태로 있기를 좋아하는 원자들은 서로 점점 접근하면서 Si의 n=3에 있는 최외각 전자들이 상호작용을 시작해 Crystal이 된다. 따라서 전자는 인접한 원자의 Potential의 영향을 받아 의 궤도 함수를 갖는 것이 아니라 혼성결합을 하고, 그 궤도 함수가 인접 원자수(최소4개)만큼 분리된다.

위와 같이 분리되어진다. 여기서 두 상태(unoccupied, occupied) 사이에 Energy gab(이하 Eg)이 존재 하게 되며, 그 분리의 정도는 원자의 거리가 가까울수록 인접 Potential 효과가 커져서 분리가 많이 일어나게 된다. 그럼 두 가지의 경우를 그림으로 나타내어 설명해보자.
① 처음의 경우는 가 매우 크거나 b > a 경우로, 가 크면 전자가 들어있는 하나의 우물을 봤을 때 그 깊이 때문에 전자가 빠져나오기 힘들게 되고, b > a이면 전자간의 거리가 충분히 멀어 전자가 빠져나와도 옆의 원자에 영향을 주지 못하게 된다. 즉 서로의 영향을 받지 않는 하나의 우물만 있는 상태와 같아진다. 하지만 실제로는 전자가 인접해있거나 가 b < a 인 경우가 생겨 다음의 그림과 같은 생태를 나타낸다.

참고자료

· -전자회로/
· -반도체물성과소자