반도체 및 광촉매의 기본 원리

1. Energy band 결정 내에서는 많은 원자들이 아주 가까이에서 서로 영향을 주고 받으므로 결정에 속한 전자들이 가질 수 있는 에너지 값들은 아주 촘촘하여 거의 연속적이라 할 수 있을 정도인데 이렇게 전자가 가질 수 있는 에너지 값들의 연속적인 띠처럼 보이는 것을 결정의 띠(band)구조 또는 energy band라 한다. <그림 1. 띠 구조의 모양> 2. 도체, 절연체 및 반도체 비교 그림 2에 나타낸바와 같이 도체는 가전자대(CB)에 전자가 일부 채워져 있거나 가전자대와 전도대(VB)에 겹쳐져 있어 전자이동이 원할 하여 전류가 잘 흐르나 절연체는 band gap이 너무 커서 가전자대에서 전도대로의 전자전이가 어려워 전류가 흐르기 어렵다. 반면에 반도체는 절연체에 비해 band gap이 작아서 band gap energy 이상의 에너지에 의해 전자전이가 일어나 전류가 흐를 수 있다. <그림 2. 0K 의 고체에서 존재할 수 있는 여러 가지 전자 밴드 구조들> 3. Luminescence 빛을 방출하는 일반적인 성질을 발광이라 하며 carrier가 광자 흡수(hν)에 의하여 여기되면 여기된 carrier 의 재결합으로 인하여 생기는 복사를 photoluminescence라 한다. 그림 3에 photoluminescence의 기본 원리를 나타내었다. (a) hν1>Eg이 입사광자가 흡수되어 EHP 생성 (b) 여기된 전자는 산란에 의하여 에너지를 격자에 주고 끝내는 전도대역의 하단에 접근한다. (c) 이 전자는 불순물준위 Et에 의해 포획되고 (d) 그것이 열적으로 전도대역으로 재 여기될 수 있을 때까지 계속 포획상태로 머물러 있다. (e) 마지막으로 대략 Eg와 같은 광자(hν2)를 방출하면서, 전자는 가전자대에 있는 빈 상태(정공)로 떨어져 감에 따라 직접 재결합이 발생한다. 여기와 재결합 사이의 지연시간은 전자의 포획으로부터 열적 재여기(d)의 확률이 작…
여기와 재결합 사이의 지연…