고립된 원자는 보어 모델로 잘 설명되는 이산 에너지 준위를 가지고 있습니다. 그리고, 수소 원자에 있는 전자의 에너지를 E_n으로 정량화합니다. 양자수 'n'이 높을수록 음수가 적고 전자 에너지 준위가 더 가까워집니다.
띠 형성:
원자가 고체처럼 서로 가까워지면 인접한 원자의 전자 궤도가 겹쳐서 이러한 개별 에너지 준위가 분리되기 시작합니다. 이러한 분할은 두 개의 전자가 동시에 동일한 양자 상태를 차지할 수 없다는 Pauli 배제 원리로 인해 발생합니다. 더 많은 원자가 결합할수록 불연속적인 에너지 준위의 수가 증가하고, 분할이 너무 미세해져서 연속적인 에너지 띠를 형성합니다. 평형 원자간 거리로 알려진 특정 지점에서 이들 띠는 전자로 채워진 원자가 띠와 절대 영도 온도에서 비어 있는 전도 띠가 됩니다.
반도체의 에너지 띠:
에너지 띠 구조는 14개의 전자를 갖는 실리콘과 같은 반도체에서 더 복잡합니다. 내부 10개의 전자는 깊은 에너지 준위를 차지하며 결합에 기여하지 않습니다. 3s 및 3p 하위 껍질에 있는 나머지 4개의 원자가 전자는 재료의 화학적, 전기적 특성을 결정합니다. 실리콘 원자가 결정 격자를 형성함에 따라 3s 및 3p 하위 껍질이 겹쳐서 띠를 형성합니다. 결정의 평형 거리에서 이러한 띠는 원자가 띠에 대해 4N 상태를 포함하고 전도 띠에 대해 4N 상태를 포함합니다. 여기서 N은 실리콘 원자의 수입니다.
띠틈 크기는 전자가 전도대로 얼마나 쉽게 여기될 수 있는지를 결정하기 때문에 중요합니다. 이 띠틈은 열 에너지나 빛이 틈을 가로질러 전자를 여기시켜 전기 전도를 일으킬 수 있을 정도로 반도체에 충분히 작습니다.
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