유효 질량(Effecive mass)

오늘은 유효질량에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 전자가 반도체 내에서 움직이는 상황을 한 번 생각해볼게요.

우리가 반도체를 동작시키기 위해 전압을 인가하면 그 전압에 의해서 E가 반도체 내부에 형성될 것이고 따라서 전자는 전기적인 힘을 받아서 이동을 하게 됩니다. 그런데 이 때 전자가 자유공간에서 움직이는 게 아니라 반도체 내부에서 움직이고 있다는 거죠.

앞에서 우리는 고체 내부에 얼마나 많은 상호작용이 일어나는지 전자 1개에 대해 파동방정식을 풀어보고, 이를 일일히 알아낼 수가 없으니까 에너지 밴드라는 개념까지 도입을 했었습니다. 전자가 전기장에 의해 가속도를 얻고 움직이려고 하면 전자가 움직일 때 주변의 실리콘 원자핵들도 있을 테니 끌어당기는 힘도 받을 것이고, 주변의 다른 전자들에 밀쳐지는 힘에도 영향을 받을 겁니다.

그러면 저렇게 단순하게 F = qE로 전자의 움직임을 유추할 수가 없는 것이죠. 따라서 우리가 외부에서 가해주는 전기장의 힘과 내부적으로 발생하는 어떤 임의의 힘...