2010-02-04
org.kosen.entty.User@5c2ef34c
박희우(phw10111)
- 3
ZnO 박막은 도핑이 용이하여 좁은 전도대역을 가지기 때문에 도핑 물질에 따라
전기 광학적 성질의 조절이 용이하다.
라는 내용이 있는데 전도대역이 전도대와 가전자대 사이를 말하는건지
어디를 말하는 건지 잘 모르겠습니다.
그리고 도핑은 불순물을 첨가하는 것인데 전도대역이 좁아지면 왜 도핑이
쉬운지 알고 싶습니다.
- 전도대역
- 가전자대역
지식의 출발은 질문, 모든 지식의 완성은 답변!
각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
답변 3
-
답변
이상후님의 답변
2010-02-05- 1
>ZnO 박막은 도핑이 용이하여 좁은 전도대역을 가지기 때문에 도핑 물질에 따라 >전기 광학적 성질의 조절이 용이하다. > >라는 내용이 있는데 전도대역이 전도대와 가전자대 사이를 말하는건지 >어디를 말하는 건지 잘 모르겠습니다. > >그리고 도핑은 불순물을 첨가하는 것인데 전도대역이 좁아지면 왜 도핑이 >쉬운지 알고 싶습니다. 전자가 서로 다른 두 개의 에너지 준위 사이를 이동할 때는 외부적 에너지의 주고받음이 전자에 대하여 생기게 됩니다. 그러나 같은 에너지 준위에서의 이동 때는 에너지의 주고받음은 없게 됩니다. 허용대역 속에 거의 연속적으로 전자가 없는 에너지 준위가 있는 경우는 고체 내에서의 전자의 이동에 매우 작은 외부 에너지만이 필요하며 이와 같은 고체를 도체라고 합니다. 이것의 전기전도도는 매우 큽니다. 이와 같은 허용된 에너지 대역 중 전자들에 의하여 완전히 채워져 있는 대역을 충만 대역(filled band)이라 하며, 가장 위쪽의 것을 가전자 대역이라 합니다. 이 최고위치의 충만 대역 위쪽에 있는, 전자로 채워져 있지 않은 허용대역을 전도대역이라고 한다. 충만 대역과 전도대역과의 사이의 전자가 취할 수 없는 에너지 값의 범위를 금지영역이라 합니다. 이런 고체는 절대영도에서는 전도대역에 전자가 없어 완전한 절연체이지만 온도가 높아지면 열운동에 의하여 전자들이 에너지를 얻어 일정한 확률로 전도대역의 에너지 준위에 상당하는 에너지 값을 갖게 됩니다. 즉 전도대역에 전자가 있게 되는 거지요. 그 확률은 에너지 band gap이 클수록 지수함수적으로 감소하며 에너지 band gap가 수 eV일 경우는 상온에서 전도대역에 전자가 거의 없을 정도로 됩니다. 그러나 에너지 band gap이 1 eV 정도의 크기면 상온에서도 상당수의 전자가 전도대역에 있을 수 있게 되는데 전자의 경우가 절연체, 후자의 경우가 반도체의 경우가 되게 됩니다. 이상과 같이 반도체와 절연체의 경계는 명확히 정의하기가 어려우나 상온에서는 절연체이더라도 온도가 높아지면 반도체로 되게 됩니다. 고체에다 불순물을 소량 첨가하면 고체를 구성하는 원자와 첨가한 불순물 원자와의 원자핵외 전자구조가 다르기 때문에 이 결정체 내에서의 전자들의 에너지 대역구조가 앞서와는 다르게 되며, 금지영역 속에 새로이 불순물 준위라는 전자에 대한 허용된 에너지 준위가 생기게 됩니다. 이와 같은 허용준위가 생기면 이들 새 에너지 준위들과 전도대역 또는 가전자 대역 사이에서 전자의 이동이 외부적 에너지에 의하여 생기며, 에너지 band gap이 충분히 크다 하더라도 반도체로 될 수 있는 것입니다. -
답변
안길홍님의 답변
2010-02-05- 1
전도대역(電導帶域)은 가전자대와 전도대 사이의 영역을 말합니다. 반도체에서 전도대역(금지대폭)이 ≤3eV경우 전도대역이 좁다라고 하며,전도대역이≥5eV인 경우 전도대역이 넓다라고 합니다. 우리나라의 반도체 과정을 보면 반도체는 미국에서 시작되었지만 일본에서 빠르게 흡수하여 트랜지스터를 먼저 만들었습니다. 이를 우리나라에서 기술을 받아 삼성에서 시작되었는데, 초기의 반도체 영역의 용어는 거의100%일본의 용어를 사용하였으며, 아직까지도 거의 대부분이 일본용어입니다. 전도대역이 좁다라는 의미는 狹전도대역,narror energy bandgap이라는 의미이며, 전도대역이 넓다라는 의미는 廣전도대역,wide energy bandgap이라는 의미입니다. ZnO는 3.2eV의 전도대역을 가지고 있기 때문에 좁은 전도대역을 가진 반도체로 분류할 수 있습니다. 이와 같이 좁은 전도대역의 반도체에 doping을 하게 되면 적은 에너지로써도 전자가 이동가능하다는 의미입니다. -
답변
이응신님의 답변
2010-02-05- 1
아무리 일본용어를 번역했다고 해도 일본사람들이 만든 한자용어가 전도대역이라면 전자의 이동이 일어나는 '전도'라는 뜻인데 전도대와 전도대역이 틀릴 수가 있나요? 일본사람이 쓴 고체물리학책이 있는데 아무리 읽어봐도 전도대역이 전자가 이동할 수 없는 금지대역이라는 말은 전혀 없습니다. 아마 설명하는 부분이 잘못된듯 하니 오해하지 마시기를.... 반도체나 도체의 에너지준위에 관한 자세한 내용을 알고 싶으면 고체물리학을 읽어보는게 확실합니다. 국내에는 C. Kittel이 쓴 고체물리학 8판을 많이 읽고, 일본사람이 쓴 책도 시중에 번역이 되어 나온 것이 있습니다. 더 어려운 내용을 읽고 싶으면 Mermin & Ashcroft의 고체물리학도 괜찮습니다. 전도대를 이해하기 위해서는 화학결합을 봐야 합니다. 반도체의 결정구조는 공유결합에 의한 것이므로 전자가 주로 SP3 혼성궤도를 이루면서 지향성을 가져 움직이기가 힘들고, 전이금속들은 d 궤도 보다 안쪽 s궤도에 전자가 먼저 들어가서 핵을 가려주어 결합력이 감소해서 d 궤도의 전자들이 움직이기 쉽습니다. 이런 관계는 화학결합을 다루는 자료를 읽어보면 이해가 가능합니다. 에너지 대역으로 이해하려면 물질파인 전자파가 일정한 간격을 두고 있는 퍼텐셜 우물에서 슈뢰딩거 방정식의 해로, 전자파의 파장이 퍼텐셜 우물을 빠져나가거나 반사가 되어 갖히는 현상을 알아야 합니다. 역격자를 사용해서 브렐리앙 영역에서 반사파와 진행파가 만드는 에너지 대역과 파수관계를 이해해야 하는데... 조금 어렵습니다. 여기서 전자들이 가질 수 있는 에너지대역이 가전자 대역과 전도대역으로 나누고 그 사이에 금지구역이 있습니다. 반도체 관련 책을 읽어보면 전자가 에너지를 얻어 가전자 대역에서 전도대역으로 뛰어 올라간다는 표현을 사용하여 공간적인 영역과 에너지영역 사이의 관계를 착각하도록 설명하는 부분이 많이 나오는데... 결정 구조에서 전도대역으로 뛰쳐나가봐야 옆에 있는 격자에 막힐텐데... 조금 우스운 설명입니다. 전자 자체가 격자구조에서 가지는 에너지의 범위라고 봐야겠지요. 다시 이야기하지만 고체물리학책을 먼저 읽어보고 반도체와 관련된 내용을 이해하시기를... >ZnO 박막은 도핑이 용이하여 좁은 전도대역을 가지기 때문에 도핑 물질에 따라 >전기 광학적 성질의 조절이 용이하다. > >라는 내용이 있는데 전도대역이 전도대와 가전자대 사이를 말하는건지 >어디를 말하는 건지 잘 모르겠습니다. > >그리고 도핑은 불순물을 첨가하는 것인데 전도대역이 좁아지면 왜 도핑이 >쉬운지 알고 싶습니다.