2. 밴드 이론 (band theory)

밴드의 형성

: 아래 그림을 보면 원자가 하나일 때 (N=1), 전자는 원자핵 주변에 존재하며 atomic orbital을 형성합니다. 원자 두개가 만나게 되면 (N=2), 분자 오비탈 (molecular orbital)을 형성하게 되며 새롭게 형성된 에너지 상태 (energy state)에 전자가 하나씩 채워지게 됩니다. 원자가 무수히 많이 모여 고체를 형성하게 되면 (N=∞), 에너지 상태 또한 무수히 많아 짐에 따라 마치 띠와 같은 에너지 밴드(energy band)가 형성됩니다. 일반적으로 결합 오비탈이 채워지게 되며 반결합 오비탈이 비워지게 됩니다. 

 

밴드갭의 형성

: 에너지 밴드가 형성되었을 때, 전자가 채워져 있는 밴드 (occupied band or valence band)와 비워져 있는 밴드 (unoccupied band or conduction band) 사이에 유의미한 갭이 있다면 그것을 밴드 갭(band gap)이라고 합니다. 보통 이 밴드 갭의 크기에 따라 부도체(insulators)와 반도체(semiconductors)로 물질을 구분합니다. 한편, 채워진 밴드의 가장위에 (highest of the occupied band) 있는 전자는 밴드 갭을 넘어갈 수 있는 에너지를 받으면 비워진 밴드의 가장 아래로 (lowest of the unoccupied band) 이동할 수 있습니다.