밴드갭 (Band Gap)

반도체의 밴드갭은 전자가 그 결합상태로부터 전도(conduction)에 참여할 수 있는 자유 상 태로 움직이는데 필요한 최저 에너지이다. 반도체의 밴드구조는 전자의 에너지를 y-축으로 하는데, 이를 밴드 다이아그램이라 한다. 반도체의 더 낮은 에너지 준위를 가전자대 (valence band : EV)라 하고, 전자가 자유롭게 되는 에너지 준위를 전도대(conduction band : EC)라 한다. 밴드갭(EG)은 전도대와 가전자대 사이의 거리이다.

고체 내에서 전자들의 에너지밴드 개략도

1) 충분한 열에너지를 가진 전자는 가전자대로부터 전도대로 점프할 수 있다

2) 전자가 뒤에 남아있는 정공으로 이동하면 공기가 물속에 있는 기포로 이동하는 것과 유사하게 이동한다.

3) 정공을 가전자대에서 자유롭게 움직이는 포지티브로 하전된 입자로 생각하는 것이 훨씬 더 간단하고, 마찬가지로 전자가 전도대에서 움직이는 것도 동일하게 생각하면 된다.

전자들이 일단 전도대에 있게 되면 반도체 내에서 자유롭게 움직일 수 있고, 전도에 참여하 게 된다. 그러나 전도대로 전자가 이동하게 되면 또 다른 전도 프로세스가 일어나게 된다. 전도대로 전자가 이동하면 뒤에 전자가 들어올 수 있는 빈 공간이 남는데, 이웃하는 원자로 부터 전자 하나가 이 빈 공간으로 들어올 수 있게 된다. 이 전자가 움직일 때 이는 또 다른 공간을 뒤에 남긴다. 전자가 들어올 수 있는 빈 공간, 즉 정공(hole)이 계속해서 움직이는 것은 결정격자 내에서 양전하 입자가 움직이는 것으로 그려질 수 있다. 그 결과 하나의 전 자가 전도대로 이동하면 전도대에 하나의 전자가 있게 될 뿐 아니라 또한 가전자대에 하나 의 정공을 만들게 된다. 전자와 정공 둘 다 전도에 참여할 수 있는데, 이들을 캐리어들이라 한다. 정공이 움직이는 개념은 액체 중에서 기포가 움직이는 것과 유사하다. 비록 움직이는 것은 액체이지만 기포가 반대 방향으로 움직이는 것으로 묘사하는 것이 더 쉽다.

정공이 움직이는 개념은 액체 중에서 기포가 움직이는 것과 유사하다. 비록 움직이는 것은 액체이지만 기포가 반대 방향으로 움직이는 것으로 묘사하는 것이 더 쉽다.