가전자 띠 valence band: 전자가 차 있는 밴드, EV
forbidden band: 전자가 있을 수 없는 밴드
전도 띠 conduction band: 전자가 있을 수 있는 밴드, EC
band gap : valence band와 conduction band 사이의 간격
forbidden band: 전자가 있을 수 없는 밴드
전도 띠 conduction band: 전자가 있을 수 있는 밴드, EC
band gap : valence band와 conduction band 사이의 간격
부도체는 넓고
반도체는 좁고
도체는 없다? chk
반도체와 부도체 구분 기준이 되는 band gap size는 2 eV ??
... mv these to section 2
CHK반도체는 좁고
도체는 없다? chk
반도체와 부도체 구분 기준이 되는 band gap size는 2 eV ??
... mv these to section 2
Sub:
// 고체물리와 반도체 쪽
energy_band_diagram - curr at 아래 section중에.
// 신호처리 쪽
2. band gap, 띠틈, 에너지띠간격 ¶
fork to 띠틈,band_gap
band gap, bandgap, 띠 간격, 띠틈, 밴드갭
kps: '띠간격, 띠틈' via https://www.kps.or.kr/content/voca/search.php?et=en&find_kw=band gap
대체적으로, 도체는 띠틈이 없고 반도체는 띠틈이 작으며 부도체는 띠틈이 크다.
반도체의 경우 2.5 eV 이하
middle of bandgap :
AKA energy gap (wpen)
Up: 고체물리solid-state_physics 화학,chemistry
2.1. bandgap energy ¶
// from Razavi p12
{
(대충, 반도체의 경우:)
공유결합으로 이루어진 Si 같은 반도체에서, 모든 종류의 thermal_energy가 자유전자,free_eletron와 양공,hole을 만드는가? (즉 EHP를 만드는가?) 그렇지 않다. 최소 어느 정도 이상의 에너지가 필요하다. 그것이 bandgap energy.
{
(대충, 반도체의 경우:)
공유결합으로 이루어진 Si 같은 반도체에서, 모든 종류의 thermal_energy가 자유전자,free_eletron와 양공,hole을 만드는가? (즉 EHP를 만드는가?) 그렇지 않다. 최소 어느 정도 이상의 에너지가 필요하다. 그것이 bandgap energy.
기호:
공유결합,covalent_bond을 이루고 있는 전자를 제자리에서 벗어나게 하는 최소 에너지,energy
(minimum energy required to dislodge an electron from a covalent bond; a fundamental property of the materal)
규소,silicon의 경우
공유결합,covalent_bond을 이루고 있는 전자를 제자리에서 벗어나게 하는 최소 에너지,energy
(minimum energy required to dislodge an electron from a covalent bond; a fundamental property of the materal)
규소,silicon의 경우
이 값이 크면 물론 자유전자로 떨어지는 전자의 수가 적어진다.
// via https://youtu.be/EqIAv2eCxeo?t=84 김성호
{
에너지가 Eg보다 큰 빛 = photon 이 valence_band 에 있는 전자로 전달되면, 즉 이면,
그 전자는 conduction_band 로 올라가서 electron-hole_pair를 만든다.
{
에너지가 Eg보다 큰 빛 = photon 이 valence_band 에 있는 전자로 전달되면, 즉 이면,
그 전자는 conduction_band 로 올라가서 electron-hole_pair를 만든다.
bandgap of semiconductors - Eg (eV)
InSb 0.18
Ge 0.67
Si 1.12
GaAs 1.42
Gap 2.25
ZnSe 2.7
Diamond 6.0
이건 물질에 따라서 이렇게 달라지지만 온도,temperature에 따라서도 달라진다. 온도가 증가할수록 Eg는 감소하느 경향.
InSb 0.18
Ge 0.67
Si 1.12
GaAs 1.42
Gap 2.25
ZnSe 2.7
Diamond 6.0
이건 물질에 따라서 이렇게 달라지지만 온도,temperature에 따라서도 달라진다. 온도가 증가할수록 Eg는 감소하느 경향.
insulator는 이게 크다. (> 6 eV)
metal은 이게 없다. (= 0 eV)
반도체는 그 중간. (0.5 ~ 3)
metal은 이게 없다. (= 0 eV)
반도체는 그 중간. (0.5 ~ 3)
}
Up: 띠,band#s-2
3. energy band, 에너지띠 ¶
에너지대, 에너지띠, 에너지 밴드, energy_band (이건 항상 전자의 에너지만 얘기하는듯?)
불연속적으로 나뉘어진 에너지 상태의 집합.
수소원자hydrogen_atom 같은 경우 energy_level은 양자화된다고 보통 얘기했었지만,
silicon lattice 같은 경우 파울리_배타원리,Pauli_exclusion_principle를 따르기 위해서 energy_level이 split되는 상황이 발생. 그리고 그게 촘촘하기 때문에, 마치 연속적인 것 같은 energy의 띠가 가능해짐.[1]
수소원자hydrogen_atom 같은 경우 energy_level은 양자화된다고 보통 얘기했었지만,
silicon lattice 같은 경우 파울리_배타원리,Pauli_exclusion_principle를 따르기 위해서 energy_level이 split되는 상황이 발생. 그리고 그게 촘촘하기 때문에, 마치 연속적인 것 같은 energy의 띠가 가능해짐.[1]
/* Compiled at 2020-10-22. band, 특히 이 섹션은 표현/단어/용어가 통일되지 않고 난립해서 너무너무 번잡함. */
결정,crystal 중에서, 전자의 에너지준위,energy_level가 서로 접근한 다른 원자의 영향을 받아서 띠 모양으로 퍼진 것. src
반도체에서는 낮은에너지띠는 전자로 충만되고....(충만대 filled band)
그 위에 전자가 자유롭게 움직이는 전도띠가 있다고 (전도대 conduction band) src 전용사
// 에너지준위,energy_level와의 정확한 관계?
반도체에서는 낮은에너지띠는 전자로 충만되고....(충만대 filled band)
(= full band) (= 가전자대) src 전용사
(= 원자가전자대 valence band) src 화용사
가전자대 = 가전자에 의해 채워진 에너지 밴드 두산백과 가전자대 valence band
// curr see 원자가,valence
그 위에 전자 없고 (금지대)(= 원자가전자대 valence band) src 화용사
가전자대 = 가전자에 의해 채워진 에너지 밴드 두산백과 가전자대 valence band
// curr see 원자가,valence
그 위에 전자가 자유롭게 움직이는 전도띠가 있다고 (전도대 conduction band) src 전용사
// 에너지준위,energy_level와의 정확한 관계?
3.2. 전도띠,conduction_band ¶
도체,conductor나 금속,metal은 원자가 띠와 전도 띠 사이의 에너지 간격이 없다. 전도 띠에는 자유전자,free_electron가 잘 돌아다님. 도체가 전류를 잘 통하는 이유는 이 때문.
부도체,nonconductor는 에너지 간격 (띠 간격)이 넓다.
전기전도도(컨덕티버티,conductivity)
여기 있는 전자가 excitation을 거치면 원자가띠,valence_band로 올라가는?
3.3. energy band diagram ¶
MKLINK band_diagram. - curr at 띠,band page 맨위 Sub중에.
// from 김성호 https://youtu.be/HrgZb6C4eTI
{
E-k도표,E-k_diagram{ E-k는 각각 에너지,energy 파수,wavenumber ... MKLINK 전자,electron diagram 역공간,reciprocal_space or k-space } 은 위치 에 대한 정보가 부족하므로
(i.e. x축이 이기 때문에 위치에 대한 전자들의 에너지 정보를 알 수 없다)
그래서 energy band diagram이 필요.
{
E-k도표,E-k_diagram{ E-k는 각각 에너지,energy 파수,wavenumber ... MKLINK 전자,electron diagram 역공간,reciprocal_space or k-space } 은 위치 에 대한 정보가 부족하므로
(i.e. x축이 이기 때문에 위치에 대한 전자들의 에너지 정보를 알 수 없다)
그래서 energy band diagram이 필요.
다만 E-k diagram의 모든 전자에 대한 에너지 level을 그려줄 수 없으므로,
Ec level과 Ev level의 전자들에 대한 것만 (단 위치 x에 따라? chk) 그려준 것이 energy band diagram이다.
Ec level과 Ev level의 전자들에 대한 것만 (단 위치 x에 따라? chk) 그려준 것이 energy band diagram이다.
전자,electron의/양공,hole의 퍼텐셜에너지,potential_energy에 대한 도식.
위치,position에 대한 Ec, Ev level을 위치에 대해 표현해준 것.
Ec(x) Ev(x)
여기서 Ec(x)는 전자의 전기적 퍼텐셜에너지 즉 // mklink 전기퍼텐셜에너지,electric_potential_energy
그리고 반도체 내의 전위,electric_potential 분포는 그걸 전하로 나눠준
이다. 반도체 내에서 전압,voltage(전위차) 분포를 구하고 싶다면
(이때 물론 으로 놓으면 편하다)
위치,position에 대한 Ec, Ev level을 위치에 대해 표현해준 것.
Ec(x) Ev(x)
여기서 Ec(x)는 전자의 전기적 퍼텐셜에너지 즉 // mklink 전기퍼텐셜에너지,electric_potential_energy
결론적으로 에너지 밴드 다이어그램은
를 그린 그림이라고 보면 된다. i.e.
이걸 가지고 전위/전압도 알 수 있고 (다음과 같이)
전기장도 알수 있다 (다음과 같이 위치에 대해 한번 미분해서 마이너스 부호를 붙이면)
Ec(x)에 기울기가 있을 때, 전자(−)는 아래로 내려가고
Ev(x)에 기울기가 있을 때, 양공(+)은 위로 올라간다 (공기방울처럼)
}
Ev(x)에 기울기가 있을 때, 양공(+)은 위로 올라간다 (공기방울처럼)
}
6. 고딩내용(EBS수특에서), 한글표현 ...........TOMERGE TO UP ¶
에너지띠: 원자의 (원자내의 전자?) 에너지 준위가 허용된 부분을 색칠한 그런 거? TOASK
TOASK 띠는 에너지띠를 줄인말인가?
허용된 띠: 고체 내의 전자들이 존재할 수 있는 에너지띠띠틈(띠간격, band gap): 허용된 띠 사이에 전자가 존재할 수 없는 에너지 간격
QQQQ: 원자가띠에 있는 전자가 에너지를 받아 띠틈을 돌파하면 전도띠로 올라감? CHK
고체의 전기전도,conduction성(전기전도성; curr. go to 컨덕턴스,conductace or 컨덕티버티,conductivity)은 띠틈에 의해 결정됨
// 밴드갭 band_gap
원자가띠(valence band): 원자 가장 바깥쪽에 있는 전자가 차지하는 에너지띠// 밴드갭 band_gap
// valence_band
전도띠(conduction band): 원자가띠의 전자가 에너지를 흡수하여 이동할 수 있는 띠, 원자가띠 위에 위치원자가띠 위의 허용된 띠
// conduction_band
금속에서는 전도띠가 원자가띠(wpko says..)// conduction_band
QQQQ: 원자가띠에 있는 전자가 에너지를 받아 띠틈을 돌파하면 전도띠로 올라감? CHK
그외 관련
양공,electron_hole
{
전자,electron? 아님 자유전자,free_electron? 가 비어 있는 상태를 표현한 준입자,유사입자,quasiparticle의 일종
양공,electron_hole
{
전자,electron? 아님 자유전자,free_electron? 가 비어 있는 상태를 표현한 준입자,유사입자,quasiparticle의 일종
TODO try backsrch 양공
8. tmp image ¶
QQQQQ 띠 diagram에서 y축이 에너지준위,energy_level ?
보다시피
insulator에선 전자가 valence band에서 conduction band로 'jump'할 수 없다. (or 매우 힘들다)
semiconductor에서는 적당한 band gap이 있다.
conductor에선 (대개 금속) 두 band가 overlapped - 그래서 전압,voltage만 걸리면 바로 전류가 흐른다. 하지만 insulator에서는 전압이 걸려도 못 흐른다.
insulator에선 전자가 valence band에서 conduction band로 'jump'할 수 없다. (or 매우 힘들다)
semiconductor에서는 적당한 band gap이 있다.
conductor에선 (대개 금속) 두 band가 overlapped - 그래서 전압,voltage만 걸리면 바로 전류가 흐른다. 하지만 insulator에서는 전압이 걸려도 못 흐른다.
9. etc ¶
스펙트럼,spectrum과 관계?
이 페이지는 대충 기초물리 내용인데 밴드,band페이지에는 다른분야를 적을까?? TBD
intrinsic semiconductor(진성반도체): 페르미 준위Fermi_level가 금지대역forbidden_band 중앙에 위치
→ 전자와 양공의 농도가 같음.
N형 반도체: 페르미 준위 이 에 가까움→ 전자의 농도가 양공의 농도보다 큼 (다수캐리어: 전자, 소수캐리어: 양공)
P형 반도체: 페르미 준위 가 에 가까움→ 양공의 농도가 전자의 농도보다 큼 (다수캐리어: 양공, 소수캐리어: 전자)
반도체의 전류
대충 두가지
확산전류: 농도차이로 인한,
표류전류: 전기장으로 인한? chk
확산전류: 농도차이로 인한,
표류전류: 전기장으로 인한? chk
: 전자의 확산계수
: 양공의 확산계수
: 전자의 농도?
: 전자의 농도의 gradient?
// via http://kocw.net/home/cview.do?cid=c908683a6462eac7 신경욱 1. 26m: 양공의 확산계수
: 전자의 농도?
: 전자의 농도의 gradient?
확산전류의 전류밀도,current_density
(실리콘 막대 한쪽에 hole injection 되어, x축 방향으로 확산되는 상황)
어떤 지점의 전류의 크기는 그 점에서의
농도 곡선의 기울기
또는 농도 경사도(concentration gradient)에 비례할 것이다. (농도,concentration 기울기,gradient)
농도 곡선의 기울기
또는 농도 경사도(concentration gradient)에 비례할 것이다. (농도,concentration 기울기,gradient)
: 전류밀도(즉 x축에 수직인 단위 면적당 전류), A / cm2
: 전자 하나의 전하량
: 정공의 확산계수,diffusion_constant 혹은 확산도(diffusivity)
: x지점에서의 정공의 농도
경사도(dp/dx)는 음수이고 x축으로의 전류는 양수임을 주목하라.: 전자 하나의 전하량
: 정공의 확산계수,diffusion_constant 혹은 확산도(diffusivity)
: x지점에서의 정공의 농도
전자 농도의 경사로 인해 전자가 확산되는 경우도 비슷.
: 전자의 확산계수 혹은 확산도
(Sedra 8e ko p54 1.9.2 확산전류)}
...
...
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