학문
반도체에서 밴드갭 개념이 소자 성능이나 에너지 효율에 미치는 영향은?
안녕하세요.
직접 밴드갭과 간접 밴드갭 차이와 밴드갭 크기가 LED나 태양전지, 전력반도체 등의 선택에 있어서 어떤식으로 작용하게 되나요?
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
직접 밴드갭은 전자와 정공이 같은 운동량을 가져 추가적인 격자 진동 없이 빛을 바로 방출 흡수할 수 있어 LED처럼 발광 소자에 적합하고 간접 밴드갭은 포논이 함께 필요해 빛 방출 효율이 낮아 태양전기에서 두꺼운 흡수층 설계가 요구됩니다 배드갭 크기는 방출 흡수하는 빛의 파장을 결정하므로 GaN은 청색 LED Si는 적외선 영역 등으로 소재 선택이 달라집니다. 또한 넓은 밴드갭은 항복전압과 고온 특성이 우수해 전력반도체에서 SiC·GaN 같은 와이드 밴드갭 소재가 고전압 고효율 스위칭용으로 선택됩니다
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
반도체 밴드갭은 전자가 이동하는 에너지 장벽입니다. 그리고 직접 밴드갭은 빛을 내는 LED에 유리하고, 간접 밴드갭은 실리콘처럼 연산소자에 주로 쓰입니다. 밴드갭이 클수록 고전압과 고온을 잘 견딥니다. 그렇기때문에 전력 반도체의 효율을 높이는데 핵심적인 역할을 합니다. 결론적으로 소재의 물리적 특성에 따라 소자의용도가 결정되는셈입니다. 감사합니다.
안녕하세요.
밴드갭은 전자가 전도대로 올라가기 위한 최소한의 에너지라고 생각하시면 됩니다.
이 특성이 전압과 누설전류, 내열성과 직접적으로 연결되어 있습니다. 밴드갭이 크면 누설전류가 줄어들고 고온과 고전압에 강하기 때문에 전력반도체에 유리합니다. 여기에 대표적인게 요즘 각광받는 GaN, SiC 같은 소재들이죠. 밴드갭이 작으면 전자 이동이 쉬워 저전압이나 고속 소자에 적합할 수 있습니다만, 열에 안정성이 떨어질 수 있습니다.
감사합니다.
안녕하세요. 조규현 전문가입니다.
반도체에서 밴드갭은 전자와 정공이 이동할 수 있는 에너지 범위를 결정하며 소자 성능과 에너지 효율에 직접적인 영향을 줍니다.
예를 들어 LED에서는 간접 밴드갭 반도체는 빛을 방출하지 못해 사용되지 않지만 직접 밴드갭 반도체는 높은 효율로 빛을 내기 때문에 적용됩니다.
태양전지의 경우 밴드갭 크기가 적절해야 가시광선 범위의 대부분을 흡수해 전류를 생성할 수 있으나, 밴드갭이 너무 작으면 에너지 손실이 커집니다.
전력반도체에서는 대역폭이 큰 반도체가 고전압을 견딜 수 있어 손실을 줄이고 효율을 높이는 데 중요한 역할을 합니다.
따라서 밴드갭 개념은 소자 설계 시 에너지 전환 효율과 열 손실을 최소화하는 데 핵심적인 요소로 작용합니다.
참고 부탁드립니다.