エネルギーバンドギャップの電気的性質への影響

 エネルギーバンドギャップのページでも紹介した通り、価電子帯にある電子(価電子)はエネルギーバンドギャップを超えるのに十分なエネルギーを外部から得ると、伝導帯へ遷移して自由に動き回ることのできる自由電子となります。

自由電子への遷移

 この自由電子の多さが電流の流しやすさを決めるため、自由電子の多い物質は電気抵抗が小さくなり、逆に自由電子の少ない物質は電気抵抗が大きくなります。

 つまり、電気抵抗の大きさはエネルギーバンドギャップの大きさによって決まることになります。

導体、半導体・絶縁体のエネルギーバンドギャップ

 導体半導体及び絶縁体のエネルギーバンドギャップを模式的に表現すると下の図のようになります。

導体・半導体・絶縁体のエネルギーバンドギャップ

 導体では価電子帯と伝導体が隣接しエネルギーバンドギャップがほとんどないため、価電子帯の電子が簡単に伝導帯へ遷移することができます。このため、常に伝導帯に自由電子が多数存在し、電気を容易に通すことが可能です。

 絶縁体では禁制帯の幅(エネルギーバンドギャップ)が大きく、電子は価電子帯と伝導体の間を移動することが非常に困難なため電気をほとんど通すことができません。

 半導体は、小さなエネルギーバンドギャップを持つため、外部からエネルギーを供給されない状態では、価電子帯の電子は伝導帯へ移動することができず、電気抵抗の大きな状態となります。
 一方、外部からエネルギーを与えられると、価電子帯の電子はそのエネルギーを得て伝導体へ移動し電気を通すことができるようになります。

 このように半導体は、電流を流すための自由電子の量を外部からコントロールすることができるという、エレクトロニクスデバイスを作るうえで非常に有用な特性を有しています。

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