용어 - 밴드갭?

[반도체 기초] 밴드갭 (band gap) 개념, 가리움효과 (shielding effect) - YouTube

 

예를 들어 원자번호 14번, 원자번호 29번을 살펴보자.

원자번호 14번은 양성자가 14개가 있으니 중서의 상태라면 전자도 14개가 있어야 함. 

중심에 가장 가까운 껍질에는 전자가 2개, 두 번째 껍질에는 전자가 8개, 가장 외곽에는 나머지 전자 4개가 있음. 

가장 외곽 전자는 전체 전자들 중 가장 많은 에너지를 가지고 있음. (가장 안쪽의 전자는 양성자에 강하게 붙잡혀 들뜨지 못함, 두 번째 껍질은 가장 안쪽 겁질보다는 에너지 준위가 높지만, 최 외곽 전자보다는 에너지 준위가 낮음)

최 외곽전자는 에너지를 가장 많이 가지고 있기 때문에 벗어나려는 힘도 가장 강함.

 

각각의 껍질마다 전자들이 들어있어야 할 숫자만큼 들어있고 이들이 다 채워지면 서로 상호작용해서 일종의 쉴드처럼 작용. 껍질을 가득 채운 전자들을 그들끼리 서로 상호작용을 해서 밖으로는 작용을 하지 않는다(?)고 이해하면 될 듯.

즉, 최 외곽 전자는 내부와의 작용은 상쇄되고 외곽에 남은 4개의 전자는 4개의 양성자와의 작용만 남음. 

 

동일한 원리로 원자번호 29번은 최외곽 전자가 1개이고, 이것도 쉴드 이펙트에 의해 각각 영향이 상쇄되고 (28개 전자는 전자껍질을 모두 채워 서로 상쇄) 최외곽의 1개 전자만이 양성자 1개와 상호작용하게 됨. 

그런데 원자번호 29번은 원자번호 14번보다 전자껍질의 수가 더 많고 (즉 최외곽 전자의 에너지 준위는 14번의 최외곽 전자보다 더 높음. = 자유전자가 될 가능성이 더 큼)

 

이제 밴드갭에 대해 알아보자.

에너지 다이어그램에서.. 특정 에너지를 가지는 밴드별로 나눠볼 수 있을 것.

가전자대 : 가전자(전류가 흐를 수 없게 구속되어 있는 상태)가 속한 것들이 뭉쳐있는 곳

전도대 : 에너지를 많이 흡수해서 기존의 껍질을 넘어 전도가 될 수 있는 상태가 된 것

  (구속전하가 에너지를 많이 흡수하면 구속력을 이기고 자유전자가 되는데, 자유전자가 될 수 있는 껍질까지 간 것을 전도대라고 이해하면 될 듯. 즉, 밴드갭(가전자대와 전도대 사이의 간격)이 클수록 절연이 잘됨. 밴드갭이 작을수록 약간의 에너지를 흡수해도 전도대로 넘어가기 때문에 도전성이 커짐)