학문
냉철한라마35
고체의 에너지 띠 이론을 이용한 도체와 절연체 구분
원자가 띠와 전도 띠 사이에 존재하는 띠간격(Energy Band Gap)의 크기 차이를 이용하여 도체, 반도체, 부도체(절연체)의 전기 전도성 차이를 물리적으로 설명하는 법입니다.
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
원자가 수없이 모여 고체가 되면 각 원자의 에너지 준위가 겹치면서 넓은 띠로 퍼져요. 전자가 채워진 위쪽 띠가 원자가 띠이고, 그 위의 비어 있는 띠가 전도 띠예요. 둘 사이에는 전자가 머물 수 없는 구간이 있는데 이게 띠간격이에요.
전류가 흐르려면 전기장을 받은 전자가 조금 더 높은 에너지 상태로 옮겨 갈 빈자리가 있어야 해요. 원자가 띠가 꽉 차 있으면 만원 버스처럼 누구도 자리를 옮길 수 없어서 전압을 걸어도 전류가 생기지 않아요.
금속은 띠가 절반만 채워져 있거나 원자가 띠와 전도 띠가 겹쳐 있어요. 바로 위에 빈자리가 많아서 아주 약한 전압에도 전자가 움직여요.
절연체는 띠간격이 커요. 다이아몬드는 약 5.5 eV인데 상온의 열에너지는 0.025 eV 정도라서 전도 띠로 올라가는 전자가 거의 없어요.
반도체는 실리콘처럼 띠간격이 1 eV 남짓이라 열을 받은 전자 일부가 전도 띠로 올라가요. 전자가 빠져나간 빈자리(정공)도 전류를 실어 날라요. 금속은 온도가 오르면 원자 진동이 심해져서 저항이 커지는데, 반도체는 올라가는 전자가 늘어나서 오히려 저항이 줄어들어요 :)
채택 보상으로 440베리 받았어요.
채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
고체는 원자가 띠와 전도 띠 사이의 띠간격 크기에 따라 도체,반도체,절연체로 나뉩니다.
도체는 띠가 겹치거나 절반만 차 있어서 전자가 쉽게 움직이고 절연체는 띠 간격이 커서 전자가 못 넘어갑니다.
반도체는 띠간격이 작아서 열,빛을 받으면 전자가 넘어갑니다.
안녕하세요.
고체에서는 전자들이 가질 수 있는 에너지 영역이 원자가 띠와 전도 띠로 나뉘는데, 이 사이의 에너지 간격이 전기적 성질을 결정해요.
도체는 두 띠가 겹치거나 전자가 움직일 수 있는 상태가 바로 존재해서 전류가 잘 흐르죠. 반도체는 띠간격이 비교적 작아 열이나 빛 등의 에너지를 받으면 전자가 전도 띠로 이동할 수 있어요. 절연체는 띠간격이 매우 크기 때문에 상온에서는 전자가 쉽게 전도 띠로 넘어가지 못해 전기가 거의 흐르지 않아요.
핵심은 띠간격이 작을수록 전자가 이동하기 쉬워지고, 클수록 전기 전도성이 떨어진다고 보면 돼요.
감사합니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
고체에서는 전자의 에너지 상태가 연속적인 띠 형태를 이루며 대표적으로 원자가 띠와 전도 띠로 구분할 수 있습니다 도체는 두 띠가 겹치거나 전자가 이동할 수 있는 에너지 상태가 있어 전류가 쉽게 흐릅니다 반도체는 원자가 띠와 전도 띠 사이에 비교적 작은 띠 간격이 있어 열이나 빛 등의 에너지를 받으면 전자가 전도 띠로 이동할 수 있습니다 절연체는 띠간격이 매우 커서 사온에서 전자가 전도 띠로 이동하기 어려워 전류가 거의 흐르지 않습니다 그래서 띠간격의 크기는 전기 정동성을 결정하는 중요한 물리적 요인이라고 할 수 있습니다
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
도체랑 절연체는 원자가 띠와 전도 띠 사이에 띠 간격 때문에 전기가 통하는 정도가 달라지는 겁니다. 왜냐하면은 전자는 원자가 띠에서 전도 띠로 옮겨가야만 전기를 흘 수 있게 만들 수가 있기 때문이죠. 그런데 물체마다 이 사이 공간인 띠 간격의 크기가 모두 다른 편입니다. 그래서 전자가 위로 넘어가는 난이도가 각각의 물질마다 완전히 다르죠. 그래서 전기가 잘 통하기도 하고 전혀 안 통하기도 하는 겁니다.
일단은 도체는 띠 간격이 아예 없을 수도 있고 두 띠가 서로 겹쳐 있기도 합니다. 그래서 아주 작은 에너지로도 전자가 자유롭게 넘어갈 수가 있습니다. 그러니 전기가 엄청 잘 통하는 거죠. 반면에 절연체는 이 띠 간격이 너무 넓게 벌어져 있습니다. 이유는 전자가 위로 뛰어 넘어가기에 필요한 에너지가 너무 크기 때문이죠. 그리고 우리는 이 띠에 이름을 밴드갭이라고 부르고 있습니다. 그래서 전자가 전도띠로 가지 못하니까 전기가 안 통하는 겁니다. 그리고 좀 더 추가적으로 반도체는 간격이 적당히 좁아서 열을 주면 전기가 통하게 되는 구조이고요. 그래서 결론적으로 띠 간격의 크기가 도체와 절연체를 나누는 핵심적인 기준이라고 이해해 주시면 좋을 것 같습니다.