반도체 소자와 집적회로 - 전자와 에너지

전자와 에너지

 

전자의 상수

☞원자는 물질의 성질을 결정하는 최소단위

↳원자 안에서 음(-)전하를 지닌 전자는 양(+) 전하를 지닌 양성자에게 전기적으로 속박되어 있다.

 

☞분자는 원자들이 모여서 구성

↳분자들이 모여서 결정체나 물체구성

 

☞전자는 입자이면서 동시에 파동인 양면적 성질을 가진 것으로 알려짐

↳일정한 질량을 가진 입자의 성질과 함께 부피가 제한되지 않은 파동의 성질을 갖는 일종의

‘에너지 뭉치’ 형태로 나타남

☛ 전하량 : q = -1.6 x 10⁻¹⁹ C → (-)의 극성

☛ 질량 : m₀ = 9.1 x 10⁻³¹ kg → (+)의 극성

 

전자에너지의 상태

속박전자

- 원자핵에 의한 전기적 구심력과 전자궤도의 공전에 의한 원심력이 평형을 이루며 원자 안에 속박된 상태

 

전도전자

- 원자의 안쪽궤도에 속박되었던 전자가 외부에너지를 받아 전기전도 현상을 일으킬 수 있는 새로운 바깥쪽 궤도로 이동한 상태

 

자유 전자

- 열, 빛, 전기장 등에 의하여 외부로부터 충분한 에너지를 얻은 전자가 원지의속박으로부터 완전히 벗어난 상태

   → 공간을 자유롭게 이동

 

고체의 에너지 공간

 

고체 에너지 대역 - 반도체의 금지대

 

가전자

 - 원지의 가장 바깥궤도를 회전하는 전자. 원자의 화학적 결합 값 결정

 - 가전자들의 에너지 준위는 거의 같은 크기를 가짐.

 - 가전자들의 에너지 준위는 겹겹이 쌓여 n하나의 에너지 대역을 이룸

 - 안쪽궤도를 회전하는 전자들은 안쪽궤도를 중심으로 에너지 대역을 이룸

 

결정체 전체

☞ 허용대 : 충만대 - 전자가 가득 찬 허용대 → 속박전자

                : 전도대 - 새로운 전자를 받아들일 수 있는 허용대 → 전도전자

☞ 금지대 : 전자가 존재할 수 없다.

 

전자의 방출 → 자유전자

열전자	외부의 열에너지에 의하여 방출
광전자	외부의 빛에너지에 의하여 방출
전기장전자	전기장에너지에 의하여 방출
2차 전자	가속된 전자가 원자와 충돌하여 2차적으로 방출