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10.2 : 반도체의 기초

에너지 띠 다이어그램의 도움으로 표시되는 금속, 반도체, 절연체 등 재료의 전기 전도도에는 변화가 있습니다.

구리(Cu), 아연(Zn) 또는 납(Pb)과 같은 금속은 저항률이 낮고 전도대가 완전히 채워지지 않거나 가전자대와 겹쳐서 띠틈이 존재하지 않는 특징이 있습니다. 이를 통해 가전자대의 가장 높은 에너지 수준에 있는 전자는 적용된 전기장에서 최소한의 운동 에너지를 얻을 때 전도대로 쉽게 전환할 수 있습니다. 결과적으로, 채워진 상태에 가까운 사용 가능한 상태가 많아 금속은 전류의 흐름을 용이하게 합니다.

반도체는 채워진 가전자대와 1eV 정도의 작은 띠틈으로 분리된 빈 전도대를 갖고 있어 일부 원자가 전자가 실온에서 전도대로 열적으로 여기될 수 있습니다. 이로 인해 적당한 수의 전하 캐리어가 생성되어 반도체가 절연체보다 전도성이 높지만 금속보다 전도성이 낮습니다. 띠틈 에너지는 실리콘(Si)의 경우 1.12eV, 갈륨비소(GaAs)의 경우 1.42eV와 같이 반도체에 따라 다릅니다.

SiO_2와 같은 절연체에서는 원자가 띠는 전자로 채워지고 전도 띠는 비어 있습니다. 절연체는 띠틈이 커서 원자가 전자가 실온에서 전도대에 의해 여기되기 어렵습니다. 이는 절연체의 원자가 전자가 강한 공유 결합에 관여하고 있으며 이를 깨기 위해서는 상당한 에너지가 필요하기 때문입니다. 큰 에너지 갭은 채워진 원자가 띠와 빈 전도대를 분리하며, 실온의 열 에너지는 이 갭을 가로질러 전자를 여기시키기에는 불충분합니다. 결과적으로 전도에 사용할 수 있는 전자는 거의 없으며 재료는 전류를 효과적으로 전도할 수 없습니다.

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SemiconductorsElectrical ConductivityMetalsInsulatorsEnergy Band DiagramsConduction BandValence BandBandgapCharge CarriersSiliconSilicon DioxideGallium ArsenideResistivityThermal ExcitationElectrical Current

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