고체의 에너지띠와 반도체
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도체 반도체 절연체의 차이
여러가지 고체의 전기전도체
p형 반도체 n형 반도체 p-n접합 반도체
고체
허용된 띠
금지된 띠(띠틈, 띠간격)
원자가띠 :0k에서 전자가 존재하는 가장 외각 띠
전도띠 :원자가띠의 바깥쪽에 존재하는 띠
띠틈 띠간격 : 원래는 빈틈이 다 띠틈이지만 관용적으로 마지막 전도띠와 원자가 띠 사이를 명칭함.
원자가띠가 비어있으면 전류가 잘 흐름.
전도성
1.도체 : 원자가 띠에 빈자리가 있고 그것을 양공이라고 한다.
원자가 띠에 빈자리가 전도띠가 역할을 한다 볼 수 있기때문에 전류가 매우매우 잘흐른다.
2.반도체 : 띠간격이 좁아 전류가 흐르기 쉽다. 대표적으로 실리콘과 제라늄?이 있다.
3.절연체 : 띠간격이 매우 넗어 전류가 잘 안흐른다. 다이아몬드 유리 고무 등이 있다.
전기저항 (r) 옴 전기저항은 일반적으로 길이에 비례하고 단면적에 반비례한다. 이유는 알만하다.
전기전도도 시그마 : 1/전기저항
일반적으로 온도가 높아지면 전류가 더 잘흐르지만 도체들은 온도가 높아지면 전류가 잘 안흐른다. 이유는 온도가 높아지면 전류가 흐르는 도로가 흔들려서 그렇다.
순수 반도체 : 14족 원소인 (저마늄, 실리콘)등으로만 구성된 반도체 자유전자가 4개이기 때문에
불순물 반도체 : 전자가 5개나 3개인 불순물을 넣게 되면 남는 공간이 생겨 안정하지 않기 떄문에 전기전도성이 높아진다.
p형 반도체: 원자가띠에 전자가 3개인 물질을 첨가할 시 원자가 띠 바로 위에 양공이 생겨 양공을 타고 전류가 흐르게된다.
n형 반도체 : 원자가 띠에 전자가 5개인 물질을 첨가하면 자유전자가 전자나르게가 되어 전도띠를 타고 전류가 흐른다.
참고로 반도체는 구분을 할 뿐 전기적으로 중성이다.
p-n접합 다이오드. 양공과 자유전자가 주로 전자를 나르게 되는데, 앞의 내용으로 보아 반도체에 불순물을 첨가하는 방식이랑 같다.
다만 다른점은 p에선 양공에서 원자가 띠에서 나른다면 n형에서는 전도 띠 주변에서 전자가 전도띠로 에너지를 얻어 넘어감으로서 전자가 이동을하는 형식을 취한다.
따라서 전자가 n형쪽에서 온다면 이동이가능하나 만약 p형쪽으로온다면 양공이 채워짐으로 자유전자가 있는 n형 반도체 쪽으론 전자가 흐르지 않게 되는듯하다.
설명에선 양공이 움직인다는 것으로 설명되어 있지만 아무튼 그러하다. 따라서 n이 -에 연결이 될 경우 n형 반도체의 전자가 p의 양공으로 들어감으로 전류가 흐르게 된다.
반대로 p형 반도체에 -가 연결될 경우 전자가 양공을 채움으로서 n형 반도체의 자유전자가 움직일 곳 이 없어지기 떄문에 전류가 안흐르는 것 같다.
결국 p가 +에 연결될경우 순방향으로 전류가 흐르고 -의경우 역방향으로 단전효과가 생기게되서 전류를 한방향으로 흐르는 정류작용을 만들 수 있게 된다.
p-n다이오드는
발광다이오드:led
광다이오드:ccd,광센서,태양전지에 이용한다.
n형 반도체의 자유전자는 전자가 띠 가까이 있기 떄문에 에너지를 방출하고 싶어한다. 따라서 p형 반도체의 양공으로 투신해 빛을 뿜어낸다 = 발광 다이오드.
led는 정류작용과 발광작용을 이용해서 만들어진 것으로 전기에너지를 자유전자가 양공으로 떨어지면서 빛으로 에너지를 방출해 발광하는 작용을 이용했다.
광다이오드는 p-n접합시 자유전자가 양공으로 들어가 어너지를 잃고 공핍층을 형성하게되는데 그 접합면에 일정 진동수이상의 빛을 받음으로서 전자가 에너지를 얻게되고 그로인해 n형의 자유전자가 다시 발생해 전류가 흐르게되는데 그걸 이용한다.
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