밴드 이론은 특정 고체의 전자에서 에너지 갭을 계산하여 두 종류의 밴드, 즉 원자가 밴드 및 전도 대역을 분리하는 방법입니다. 모든 고체는 특성에 따라 도체, 반도체 및 절연체간에 분류 될 수 있습니다. 유리 원자의 불연속 에너지와는 달리, 준 가시 밴드는 고체 분자의 에너지 원입니다. 금속과 같은 도체에서 원자가 밴드는 전도 밴드와 겹치는 반면 실리콘과 같은 반도체의 두 종류의 밴드 사이에는 작은 간격이 남아 있습니다. 다른 극한 도체에는 열이나 전기를 전달하지 않고 전도 대역과 원자가 밴드 사이에 큰 간격을 유지하는 절연체가 있습니다. 전도 및 원자가 밴드 의이 독특한 위치는 일부 물체가 열을 전달하고 전기를 운반 할 수 있는지 여부를 결정합니다.
밴드 이론의 특징
- 고체는 밀착 구조에 많은 원자가있는 거대한 분자입니다.
- 고체에서, 각 원자의 원자가 껍질이 접촉 할 때, 원자 궤도는 함께 분자 궤도를 형성합니다.
- 이 외부 껍질은 두 원자 모두에 대한 유일한 전자 시스템으로 작동합니다. 결정의 다른 모든 원자는 정확한 패턴을 따릅니다.
밴드 형성
원자가 껍질은 다른 원자와 결합하는 궤도 세트 인 원자의 가장 바깥 쪽 껍질입니다. 이 껍질의 전자를 원자가 전자라고합니다. Aufbau 원리에 따르면, 더 높은 에너지 궤도가 더 높은 에너지 궤도 전에 충전 된 에너지 궤도가 채워집니다. 이에 대한 결론, 빈 궤도는 에너지 수준이 높아집니다.
- 겹치는 밴드 :중첩 밴드는 외부 에너지가 공급되지 않으면 전자가 서로 이동할 수있는 두 가지 다른 에너지 상태입니다. 더 높은 에너지 밴드는 낮은 에너지 밴드를 겹칠 수 있습니다.
예를 들어 :실리콘의 Valence 3S 밴드는 빈 3p 밴드와 일치합니다.
- 겹치지 않는 밴드 :비 겹치는 밴드는 다른 밴드가 하나의 특정 에너지 대역 위 또는 아래에있는 계층 구조에서 에너지 상태입니다. 원자가 전자의 수는 차이를 만들지 않습니다.
예를 들어 :Valence 3S 밴드는 전자가없는 3p 밴드와 겹치지 않습니다.
- 밸런스 밴드 :원자가 전자가있는 밴드는 에너지가 낮고 원자가 밴드라고합니다. 전자로 부분적으로 또는 완전히 채워질 수 있습니다.
예를 들어 :
- 전자로 부분적으로 채워진 :Fe, Cu
- 전자로 완전히 채워진 :Mg
- 전도 밴드 :밴드는 밴드가 전도 대역이라고합니다. 전자가 부분적으로 채워 지거나 비어있을 수 있습니다. 전자가 있으면 자유 전자라고합니다.
- 금지 된 갭 :전도 대역과 원자가 밴드 사이의 간격은 전자 가이 두 밴드 사이에 존재할 수 없기 때문에 금지 된 간격이라고 불립니다. 반도체에서, 페르미 레벨은 두 종류의 밴드와 같은 거리에서 금지 된 간격에 위치하고 있습니다.
- fermi 수준 :Fermi-Dirac 분포 함수에 의해 도입 된 주어진 에너지 수준 및 온도에서 전자를 찾을 확률을 f (e)라고합니다. 절대 제로에서, 전자는 원자가 결합을 f (e) =1으로 전도 결합으로 전달할 수 없다. 양자 역학에서, Pauli 확장 원리는 모든 허용되는 에너지 상태가 반대쪽 스핀의 두 개의 전자 만 수용 할 수 있음을 증명합니다. 저온 에서이 특정 에너지 수준을 페르미 레벨이라고합니다. 온도가 첨가되면 일부 전자는이 수준을 넘어 이동할 수 있으며, 고온은 더 많은 전자가 이동하도록 유도하여 전기 흐름을 만듭니다.
유형의 고형물
- 절연체 :전자가 원자가 밴드에서 전도 밴드로 이동할 수없는 고형물을 절연체라고합니다. 이 품목은 전기로부터 보호하기 위해 주전자 핸들 또는 충격 방지 기사와 같은 열 저항 액세서리로 사용됩니다. 나무, 유리, 플라스틱이 몇 가지 예입니다. 금지 된 간격이 ≥5 eV 인 경우 상기 항목은 위에서 언급 한 작업에 사용될 수 있습니다.
- 도체 :도체의 경우, 전자는 금지 된 간격이 0에 닿으면 원자가 밴드에서 전도 대역으로 쉽게 이동할 수 있습니다. 금속은 그러한 요소의 일반적인 예입니다.
- 반도체 :반도체는 금지 된 갭이 ≤3의 간격을 가지고있어 일부 전자는 전도 대역의 원자가 밴드를 남겨 둡니다.
- 고유 반도체 :실리콘, 제라늄 등은 순수하고 4 개의 원자가 전자로 구성된 고유 반도체입니다. 전류는 전도 밴드에서 원자가 밴드에 이르기까지 전자의 반대 이동에 의해 생성되며 그 반대도 마찬가지입니다.
- 외적 반도체 :도핑으로 알려진 불순물이 거의 없어서, 고유 반도체는 외적 반도체로 변합니다. 전도도는 10000 배까지 증가 할 수 있습니다. 대체 요소의 작은 첨가에 따라, 이것은 두 종류로 나눌 수 있습니다.
- N- 타입 도체 :N 형 반도체는 인과 같은 펜타 불행한 임박 원소를 가지고 있으며, 이는 에너지 흐름을 시작하는 여분의 전자를 생성하는 여분의 전자를 생성합니다. 인 원자는 4 개의 공유 결합을 생성합니다.
- P- 타입 도체 :붕소와 같은 3 배의 불순물이 고유 반도체에 도입되면 에너지를 순환하는 3 개의 공유 결합과 1 개의 양의 구멍이 생성됩니다.
- 유기 반도체 :일부 공액 유기 중합체는 높은 수준의 전도도를 갖는다. 그들의 고유 반도성은 1-2EV의 간격을 유지합니다. 일부 예는 폴리 페닐과 폴리 아세틸렌이다. 산화제로 도핑 된 반면, 이들은 N- 타입 및 P 형 반도체를 형성합니다.
결론
밴드 이론은 고체의 공유 결합에 관한 분자 궤도 이론의 확장이다. 전기 결합을 생성하는 양성자에 대한 전자 교환과 비슷하지만 구별됩니다. 밴드 이론 자체는 열과 에너지 전이의 물리적 작업을 설명하려고 시도합니다. 이 이론에 대한 중요한 증거는 없지만 추가 실험과 설명을보다 사소하게 구축하는 것을 지원합니다. 고체를 도체, 반도체 및 절연체로 분류하면 변형 산업에서 효과적인 기술적 진전이 생겨서 이론 과학에 혜택을주었습니다.
