Energy Gap, Band Gap, Forbidden Band   에너지 갭, 밴드 갭, 띠 간격, 금지대, 에너지 밴드 갭

1. 에너지 밴드 갭, 금지대 (Energy Band Gap,Forbidden Band)

  ㅇ 에너지 밴드를 분리시키는 에너지 대역                     ☞ 에너지 밴드 (Energy Band) 참조
     - 전도대 및 가전자대를 분리시켜 벌어진 영역으로,
     - 전자가 존재할 수 없는 에너지 금지 대역


2. 밴드갭 에너지 (금지대폭)

  ㅇ  Eg = Ec - Ev
     - Eg : 밴드갭 에너지
     - Ec : 전도대 최하위 에너지준위 
     - Ev : 가전자대 최상위 에너지준위
       


3. 밴드갭 에너지 Eg 수치 例) 

  ㅇ 도체(금속) 밴드갭
     - 거의 제로 (≒ 0 [eV])

  ㅇ 반도체 밴드 갭 : (통상, 0 < Eg < 4 [eV])
     - 원소 반도체   => Si : 1.12, Ge : 0.67 [eV]
     - 화합물 반도체 => GaAs : 1.43, GaP : 2.25, GaN : 3.4, InGaAs : 0.77, InP : 1.35,
                        InSb : 0.18, ZnSe : 2.7 [eV] 등

  ㅇ 절연체 밴드갭
     - 다이아몬드 : 6.0 [eV] 등

  ※ [참고] ☞ 도체 부도체 반도체 비교 참조


3. 반도체에서, 밴드갭 및 빛(광자) 에너지 관계

   
[# E_g = hν = \frac{hc}{λ} = \frac{1.2397 \times 10^3 }{λ\;(㎚)} 
                = \frac{1.2397}{λ\;(㎛)} #]
  [eV]

  ㅇ 항목별 설명 
     - λ: 광자의 파장 
        . 유용한 관계식 
           ..λ[㎚] = hc/Eg ≒ (1240 [eV ㎚])/(Eg [eV])
           .. hc = (4.13566733×10−15 [eV s])(3x108 [m/s]) ≒ 1240 [eV ㎚]
        . 빛의 방출,투과,흡수
           .. 1240 [eV] 에너지 갭을 갖는 물질은, 1 [㎚] 파장의 빛을 발생시킴
           .. 입사하는 빛 에너지가, Eg 보다, 작으면 투과(투명), 크면 흡수됨 
     - c: 빛의 속도 (3x108 [m/s])
     - h: 플랑크상수 (6.626x10-34 [J s] = 4.13566733×10−15 [eV s])
     - ν: 빛 주파수

  ㅇ 반도체에 입사하는, 광자 에너지(hν)의 흡수,투과는, 밴드 갭(Eg) 크기에 따라 달라짐
     -  hν < Eg  :  투과 (투명)
     -  hν > Eg  :  흡수 (반도체 표면에서 대부분 흡수)
        . 실온(300 K)에서, 실리콘(Si)은, 비교적 작은 Eg ≒ 1.1를 갖으므로,
        . 태양 광에너지 대부분을 흡수하여, 태양 전지 활용이 가능함
        . 단, Eg가 너무 작으면, hν - Eg 만큼 여분의 에너지가,
           .. 격자 산란을 통해 열 발생 소모됨

  ㅇ 반도체에서 방출하는, 광자 에너지(hν)는, 밴드 갭(Eg)별로 대응함
     - LED 색상별(파장별)로 대응하는 밴드갭(Eg)     ☞ 화합물 반도체 밴드갭 참조