에너지 밴드
궤조
다른 물질에서 개별 원자 또는 작은 원자 그룹 사이의 결합을 생성하는 원자가 전자는 금속 조각의 모든 원자에 의해 동일하게 공유됩니다. 이러한 비편 재화 된 전자는 전체 금속 조각 위로 이동할 수 있으며 금속 및 합금의 금속 광택 및 우수한 전기 및 열 전도성을 제공 할 수 있습니다. 밴드 이론은 이러한 시스템에서 개별 에너지 레벨은 그림에 표시된 구리 금속의 상태 밀도 다이어그램에서와 같이 밴드라고하는 연속 영역으로 대체된다고 설명합니다. 이 다이어그램은 주어진 에너지에서 밴드에 수용 될 수있는 전자의 수가 변함을 보여줍니다. 구리에서는 밴드가 전자로 채워지면서 숫자가 감소합니다. 구리의 전자 수는 표시된 레벨까지 밴드를 채우고 더 높은 에너지에서 빈 공간을 남깁니다.
에너지 대역의 상부 근처의 전자에 의해 광자의 광자가 흡수 될 때, 전자는 대역 내에서 더 높은 가용 에너지 레벨로 상승된다. 빛은 너무 강하게 흡수되어 단 하나의 파장보다 적은 수백 원자의 깊이까지 투과 할 수 있습니다. 금속은 전기의 전도체이기 때문에이 전자파 인 흡수 된 빛은 결국 금속 표면에 교류 전류를 유도합니다. 이 전류는 금속에서 즉시 광자를 방출하여 광택이있는 금속 표면을 강하게 반사시킵니다.
이 프로세스의 효율성은 특정 선택 규칙에 따라 다릅니다. 흡수 및 재 방출 효율이 모든 광 에너지에서 대략 동일하면, 백색광의 상이한 색상이 동일하게 잘 반사되어, 은색 및 철 표면의 "은빛"색상을 초래한다. 구리에서 반사 효율은 에너지 증가에 따라 감소합니다. 스펙트럼의 청색 끝에서 감소 된 반사율은 적색을 results 다. 비슷한 고려 사항으로 금색과 황동의 노란색이 설명됩니다.
순수한 반도체
많은 물질에서 상태 밀도 다이어그램에 밴드 갭이 나타납니다 (그림 참조). 예를 들어 순수한 물질에 원자 당 평균 정확히 4 개의 원자가 전자가 존재하여 원자가 대역이라고하는 완전히 완전한 하위 밴드가 생기고 전도 대역이 완전히 비어있는 상위 밴드가 생길 수 있습니다. 두 밴드 사이의 갭에 전자 에너지 레벨이 없기 때문에 흡수 될 수있는 가장 낮은 에너지 광은 그림의 화살표 A에 해당합니다. 이것은 원자가 밴드의 상부에서 전도 밴드의 하부까지의 전자 여기를 나타내며 E g로 지정된 밴드 갭 에너지에 해당한다. 화살표 B 및 C로 표시된 바와 같이, 임의의 더 높은 에너지의 광도 흡수 될 수있다.
물질이 5.4 eV의 다이아몬드와 같이 큰 밴드 갭을 갖는 경우, 가시 스펙트럼의 빛을 흡수 할 수 없으며 물질은 순수한 경우 무색으로 보인다. 이러한 큰 밴드 갭 반도체는 우수한 절연체이며,보다 일반적으로는 이온 또는 공유 결합 물질로 취급된다.
안료 카드뮴 옐로우 (광물 그린 노크 라이트로도 알려진 카드뮴 설파이드)는 2.6eV의 더 작은 밴드 갭을 가지며, 이는 바이올렛 및 일부 청색의 흡수를 허용하지만 다른 색상은 흡수하지 못한다. 이것은 노란색으로 이어집니다. 보라색, 파란색 및 녹색의 흡수를 허용하는 약간 더 작은 밴드 갭은 주황색을 생성합니다. 안료 버밀리온 (수은 황화물, 미네랄 신나 바)의 2.0 eV에서와 같이 밴드 갭이 더 작 으면 모든 에너지가 생성되지만 적색은 흡수되어 적색이됩니다. 밴드 갭 에너지가 가시 스펙트럼의 1.77-eV (700-nm) 한계보다 작을 때 모든 빛이 흡수됩니다. 따라서, 황화 납 갈레 나와 같은 좁은 밴드 갭 반도체는 모든 빛을 흡수하고 흑색이다. 이 무색, 노란색, 주황색, 빨간색 및 검은 색 시퀀스는 순수한 반도체에서 사용할 수있는 정확한 색상 범위입니다.
도핑 된 반도체
불순물 (종종 도펀트라고도 함)이 반도체에 존재하고 (도핑 된 것으로 지정된) 원자가 대체하는 원자와 다른 원자가 전자를 갖는 경우, 여분의 에너지 레벨이 밴드 갭 내에 형성 될 수있다. 불순물이 다이아몬드 결정 (각각 4 개의 원자가 전자를 갖는 탄소로 구성됨)에 질소 불순물 (5 개의 원자가 전자)과 같은 더 많은 전자를 갖는 경우, 도너 레벨이 형성된다. 이 수준의 전자는 광자의 흡수에 의해 전도대로 여기 될 수있다. 이것은 질소로 도핑 된 다이아몬드의 스펙트럼의 청색 끝에서만 발생하여 보색이 보완됩니다. 불순물이 다이아몬드 내의 붕소 불순물 (3 원자가 전자)과 같이, 원자가 대체하는 원자보다 적은 전자를 갖는 경우, 정공 레벨이 형성된다. 원자가 밴드에서 홀 수준으로 전자를 여기시켜 광자를 흡수 할 수있다. 붕소 도핑 된 다이아몬드에서 이것은 스펙트럼의 황색 끝에서만 발생하며 유명한 Hope 다이아몬드에서와 같이 짙은 청색을 나타냅니다.
도너와 억 셉터를 모두 포함하는 일부 재료는 자외선이나 전기 에너지를 흡수하여 가시 광선을 생성 할 수 있습니다. 예를 들어, 구리 및 다른 불순물을 함유하는 황화 아연과 같은 형광체 분말은 수은 아크에 의해 생성 된 많은 자외선 에너지를 형광으로 변환하기 위해 형광 램프의 코팅으로서 사용된다. 형광체는 또한 텔레비전 스크린 내부를 코팅하는 데 사용되며, 음극선에서 전자 스트림 (음극선)에 의해 활성화되고 백색광 또는 자외선에 의해 활성화되는 발광 페인트에서 발광합니다. 인광으로 알려진 느린 발광 붕괴를 나타냅니다. 전기 발광은 인광체 분말이 금속판 상에 증착되고 투명 전도성 전극으로 피복되어 조명 패널을 생성 할 때와 같은 전기 여기로부터 야기된다.
주입 전계 발광은 결정이 상이하게 도핑 된 반도체 영역 사이의 접합을 포함 할 때 발생한다. 전류는 전자 장치의 디스플레이 장치에 널리 사용되는 발광 다이오드 (LED)에서와 같이, 정션 영역에서 전자와 정공 사이에서 전이를 생성하여 근 단색광으로 나타날 수있는 에너지를 방출합니다. 적합한 기하학적 구조로, 방출 된 광은 또한 반도체 레이저에서와 같이 단색이며 코 히어 런트 일 수있다.
