Energy Band   에너지 밴드, 에너지 대역, 에너지 띠, 에너지대

1. 에너지 밴드 이란?

  ㅇ 에너지 밴드 (Energy Band)
     - 결정 내 전하(전자,정공)가 자유로이 이동 가능한 에너지대역
        . 불연속적인 에너지 상태들의 집합
        . 많은 수의 에너지 상태들이 반 연속적으로 배열된 상태
     - 구분 : 전도대, 가전자대

  ㅇ 에너지 밴드 구조 (Energy Band Structure)
     - 결정 내 에너지밴드 형태로 윤곽화된 에너지준위의 구성/구조
        . 직접 천이형 밴드 구조
        . 간접 천이형 밴드 구조

  ㅇ 에너지 밴드 갭 (Energy Band Gap, Eg)
     - 에너지 밴드를 분리시키는 에너지대역 (전도대 및 가전자대를 분리시킴)
        . 전자가 존재할 수 없는 금지대(Forbidden Band)


2. 에너지 밴드의 생성 이유

  ㅇ 결정 내 원자들이 가까이 근접하면,
     - 밀접해진 원자들이 상호작용하며 결합하면서,
     - 최외각 전자가 서로 공유되고, 전자궤도들의 간격이 좁아져,
     - 에너지 준위들이 반(半) 연속적으로 퍼짐으로써, 에너지대 및 금지대가 형성됨
     - 즉, 전자궤도가 중첩하고, 에너지준위의 분열 및 에너지밴드가 형성됨
     

  ㅇ 즉, 원자들 간의 거리가 가까워지면,
     - 에너지준위들이 보다 많이 갈라지고,
     - 이때, 이들 에너지 간격들은 너무 가까워서, (마치 서로간에 거의 연속된(붙은) 것 처럼)
     - 특정 에너지 띠들이 생성됨
     - 이들 띠 간의 에너지 간격은, 
        . 원자들 간의 형태, 격자 간격, 격자 구조, 온도 등에 영향을 받게 됨


3. 에너지 밴드 모델에 따른 반도체,절연체,도체의 구분

  ※ 다양한 고체에서 서로 다른 모양의 에너지 밴드 구조를 보이게되며,
     이에따라 전기적 특성이 다르게 나타남

    


4. 반도체,절연체,도체의 에너지 밴드별 특징

  ㅇ 반도체의 에너지 밴드
     - 전도대 (conduction band)
       . 전자들이 거의 비어있는 밴드들 중 최하위에 속해있는 밴드
       . 비록 전자들이 거의 비어있으나, 일부 전자를 가질 수 있음
       . 이 밴드에서 자유전자가 자유롭게 이동 가능
     - 금지대 (forbidden band)
       . 반도체의 경우 0.2 ~ 2 [eV] 정도
          .. 例) Si : 1.1 [eV], Ge : 0.7 [eV]
     - 가전자대 (valence band)
       . 전자들로 거의 채워지는 밴드들 중 최상위에 속해있는 밴드
       . 비록 전자들로 거의 채워져있으나, 일부 정공을 가질 수 있음
       . 이 밴드에서 정공이 자유롭게 이동

  ㅇ 절연체의 에너지 밴드
     - 전도대 : 전자들이 완전히 비어있음
     - 금지대 : Eg가 반도체에 비해 훨씬 큼 (3.6~6 [eV] 또는 그 이상)
     - 가전자대 : 전자들로 완전히 채워짐
     * 결국, 반도체와 구조가 비슷하나 금지대 폭이 훨씬 크고, 전도 전류에 기여할 수 있
       는 자유전자가 없음, 열적으로 생성되기에도 금지대 폭이 너무 넓음.

  ㅇ 도체(금속)의 에너지 밴드
     - 전도대 
        . 부분적으로 채워진 밴드 또는 금지대 없이 전도대 및 가전자대가 겹쳐져있는 
          밴드 구조를 보임
     - 금지대 : 있거나, 없을 수 있음
     - 가전자대 : 전자들로 완전히 채워져있음
     * 많은 수의 전자들과 전자들이 옮겨갈 수 있는 많은 수의 빈 에너지 상태가 있음 

  ※ ☞ 도체 부도체 반도체 비교 참조