가전자대

요약 반도체나 부도체에서 가전자에 의해 채워진 에너지 밴드로, 절대 영도에서 전자가 포함된 가장 높은 에너지 밴드를 말한다.

두 원자가 궤도가 겹쳐질만큼 가까워져 고체를 형성하는 경우, 두 원자 사이의 전기음성도(원자가 결합에 관여하고 있는 전자를 끌어당기는 정도)가 유사하다면 공유결합을 통해 비금속 고체를 형성한다. 이러한 고체에서는 원자의 에너지 준위가 나누어져서 수많은 전자를 받을 수 있는 에너지 준위가 형성되고, 이 에너지 준위 간의 에너지 차이가 매우 적어서 마치 연속된 에너지 값을 가지는 것과 같은 밴드(band) 모양이 된다.

이러한 에너지 밴드 내에는 전자가 존재할 수 없는 금지 영역이자, 에너지 밴드를 분리시키는 밴드 갭(band gap) 혹은 금지 에너지 밴드(forbidden energy band)가 존재한다. 반도체와 부도체의 경우 이 밴드 간격을 중심으로 에너지 밴드는 위쪽 영역이 전도대(conduction band), 아래쪽 영역은 가전자대로 나뉜다.

가전자대는 절대 0도에서 전자가 정상적으로 존재하는 가장 높은 전자 에너지 준위로, 연속적인 에너지를 가지는 전자들이 모원자 주위에 구속된 채 다른 곳으로 이동하지 않는다. 전도대의 경우 가전자대와 반대로 가장 낮은 에너지 준위로 연속적인 에너지를 가진 전자들이 원자들의 주변 사이를 자유롭게 이동할 수 있는 영역이다.



반도체와 부도체에서는 가전자대 위에 전자가 존재할 수 없는 영역인 띠 간격이 존재하고 그 위에 전도대가 존재한다. 그림과 같이 부도체의 경우 반도체에 비해 전도대에 전자들이 완전히 비어있고 밴드 갭이 반도체에 비해 훨씬 크다. 반면, 도체인 금속인 경우 가장 높은 밴드가 부분적으로 채워져 전도대와 가전자대 모두의 속성을 가지기 때문에, 가전자대와 전도대의 구분은 의미가 없다.