에너지 밴드란?

에너지 밴드란 (Energy diagram) 원자 물질마다 고유하게 갖고 있는 에너지 분포 값을 말합니다.

 

다시 말하면, 원자의 전자들이 갖는 에너지 값을 말합니다. 

 

매우 단순하게, 어떤 원자 물질의 핵에 더 가까운 전자는 원자에 결합되어 있기 때문에 전기 전도에 참여할 수 없지만

 

멀리있는 전자는 한 원자 사이에서 다른 원자로 자유롭게 이동하여 결합을 하게 됩니다.

 

즉, 핵에 가까운 전자는 가전자대(Valence Band) 에 속하고,

먼 전자는 전도대(Conduction Band)에 속한다고 할 수 있습니다.

Enery Diagram

전자는 항상 하나의 밴드에 갇혀 있지는 않지만 충분한 에너지가 주어지면 가전자대에서 전도대로 이동할 수 있습니다.

 

그들이 전도대로 쉽게 이동할 수 있다면 전자가 움직이기 시작하는 데 도움이 되는 에너지가 매우 작기 때문에 좋은 전도체라는 것을 의미합니다.

 

반면에 원자가 가전자대에서 전자가 전도대로 점프하도록 많은 에너지를 주어야 한다면 불량 전도체라고 말합니다.

따라서 전자가 전도대를 통과하는 것이 얼마나 쉬운 지 알면 물질의 전도도를 특성화 할 수 있습니다.

 

물질마다 전기를 전도하기 위해 필요로 하는 에너지가 다릅니다.

이것은 우리가 에너지 밴드 갭이라고 부르는 것, 즉 가전자대의 최상위 수준과 전도대의 최하위 수준의 차이를 통해 설명됩니다.

 

위에 그림에서 볼 수 있듯이 밴드가 겹치면 전자가 전자대로 쉽게 점프합니다.

이 물질을 흔히 전도체(Conductors) 라고 부릅니다. 일반 금속이 해당됩니다.

 

밴드 사이의 간격이 너무 넓으면 전자가 전도대 (매우 높은 전압이 적용되지 않는 한)로 점프 할 수 없습니다.

이 물질을 절연체(Insulators) 라고 합니다.

 

중간 케이스는 반도체(Semiconductors)라고 하며, 우리가 적용하는 전압에 따라 전도체로 작동할지 절연체로 작동할지

실제로 "제어"할 수 있기 때문에 전자 제품에 매우 중요한 응용 분야입니다.

실리콘이 여기에 해당합니다.