금속의 에너지 밴드





에너지 밴드와 에너지 갭

닐스 보어의 원자 모형에 따르면 하나의 원자핵에 종속된 전자들은 연속적인 에너지를 가지지 못합니다. 전자들은 단지 띄엄띄엄하게 정해진 에너지만 가질 수 있습니다. 원자모형에서 전자들의 궤도를 선으로 표현한 것은 이 때문입니다.

원자핵이 하나만 홀로 있다면 이렇게 설명하고 끝이 나겠지만, 고체와 같이 원자핵들이 밀도있게 붙어 있는 경우에는 원자들이 가진 전자 궤도들이 서로 포개지면서 두꺼워집니다.
그 결과 에너지 준위는 이제 하나의 선이 아니라 일정한 폭을 가진 밴드의 형태를 띠게 됩니다.

이렇게 두껍게 된 에너지 준위를 에너지 밴드(energy band)라고 부르며, 밴드와 밴드 사이, 선과 밴드 사이에서는 해당 에너지를 가지는 전자들이 존재할 수 없기 때문에 에너지 갭(energy gap)이라고 부릅니다.

에너지 밴드의 중요성

에너지 밴드는 금속 및 반도체 공학에서 매우 중요한 개념입니다.
금속은 전자들이 에너지 밴드를 통해 다른 곳으로 자유롭게 돌아다닐 수 있기 때문에 전기를 잘 통하는 도체가 되며, 많은 비금속들은 에너지 밴드가 없기 때문에, 전기를 잘 통할 수 없는 부도체가 됩니다.

반도체

에너지 밴드와 에너지 갭을 잘 이용하면 주변의 물리적 상황에 따라서 전류를 잘 통하게도 하고 전류를 통하지 않게도 할 수 있습니다. 이 성질은 물리적인 스위치 대신 활용할 수도 있습니다. 컴퓨터를 비롯한 수많은 전자기기들의 눈부신 발전은 이 성질을 이용한 것입니다.

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