고체 물질의 전도

원자의 외륜에있는 전자의 수는 여전히 전도체와 절연체의 차이의 원인입니다. 아시다시피 고체 물질은 주로 전자 전도를 달성하기 위해 전기 장치에 사용됩니다. 이러한 재료는 전도체, 반도체 및 절연체로 분리 될 수 있습니다.

그러나 도체, 반도체 및 절연체는 에너지 수준 다이어그램으로 구분됩니다. 전자가 가전 자대를 떠나 전도로 들어가는 데 필요한 에너지의 양이 여기에 설명됩니다. 다이어그램은 재료 내의 모든 원자의 합성물입니다. 절연체, 반도체 및 도체의 에너지 수준 다이어그램이 다음 그림에 나와 있습니다.

원자가 밴드

하단 부분은 valence band. 그것은 원자의 핵에 가장 가까운 에너지 수준을 나타내며 valance band의 에너지 수준은 핵의 양전하 균형을 맞추는 데 필요한 정확한 수의 전자를 보유합니다. 따라서이 밴드를filled band.

원자가 대역에서 전자는 핵에 단단히 결합되어 있습니다. 에너지 레벨에서 위쪽으로 이동하면 전자는 각 연속 레벨에서 핵을 향해 더 가볍게 결합됩니다. 핵에 더 가까운 에너지 레벨의 전자를 방해하는 것은 쉽지 않습니다. 그들의 움직임은 더 큰 에너지를 필요로하고 각 전자 궤도는 뚜렷한 에너지 레벨을 갖기 때문입니다.

전도대

다이어그램에서 맨 위 또는 가장 바깥 쪽 밴드를 conduction band. 전자가이 대역 내에있는 에너지 준위를 가지고 있고 결정 내에서 비교적 자유롭게 이동할 수 있다면 전류를 전도합니다.

반도체 전자 분야에서 우리는 주로 원자가 및 전도대에 관심이 있습니다. 다음은 그것에 대한 몇 가지 기본 정보입니다.

• 각 원자의 원자가 밴드는 외부 껍질에있는 원자가 전자의 에너지 준위를 보여줍니다.

• 원자가 전자에 일정한 양의 에너지가 추가되어 전도대에 들어가게됩니다.

금지 된 간격

원자가 및 전도대는 존재하는 곳마다 금지 된 간격이라고하는 간격으로 분리됩니다. 금지 된 틈새를 넘 으려면 일정한 양의 에너지가 필요합니다. 불충분하면 전도를 위해 전자가 방출되지 않습니다. 전자는 금지 된 갭을 통과하기 위해 추가 에너지를받을 때까지 원자가 대역에 남아 있습니다.

특정 재료의 전도 상태는 금지 된 간격의 너비로 표시 할 수 있습니다. 원자 이론에서 간격의 폭은 전자 볼트 (eV)로 표현됩니다. 전자 볼트는 전자가 1V의 전위차를받을 때 얻거나 잃은 에너지의 양으로 정의됩니다. 각 원소의 원자는 전도를 허용하는 에너지 수준 값이 다릅니다.

참고 forbidden region절연체의 상대적으로 넓습니다. 절연체가 전도되도록하려면 매우 많은 양의 에너지가 필요합니다. 예를 들어, Thyrite.

절연체가 고온에서 작동하는 경우 증가 된 열 에너지로 인해 원자가 대의 전자가 전도대로 이동합니다.

에너지 밴드 다이어그램에서 알 수 있듯이 반도체의 금지 간격은 절연체보다 훨씬 작습니다. 예를 들어, 실리콘은 전도대에 들어가기 위해 0.7eV의 에너지를 얻어야합니다. 실온에서 열 에너지의 추가는 반도체에서 전도를 유발하기에 충분할 수 있습니다. 이 특별한 특성은 고체 전자 장치에서 매우 중요합니다.

도체의 경우 전도대와 가전 자대가 부분적으로 서로 겹칩니다. 어떤 의미에서 금지 된 간격이 없습니다. 따라서 원자가 대의 전자는 방출되어 자유 전자가 될 수 있습니다. 일반적으로 상온에서는 도체 내에서 전기 전도가 거의 발생하지 않습니다.