価電子帯と伝導帯は、特定の材料の伝導率を決定する重要なトピックです。これらは、同じ量のエネルギーによって離れている 2 つの異なるタイプのエネルギー レベルとして見ることができます。この 2 つを区別し、固体のバンド理論との関連性を見つけるのに役立ちます。
以下の説明では、2 つの概念について詳しく説明し、さまざまな側面を見ていきます。また、2 つの概念の最も顕著な違いのいくつかと、必要に応じてそれらをグラフィカルに表現する方法についても説明します。
伝導帯の意味
エネルギーを得ると電子が価電子帯から切り替わる電子軌道のバンドは、伝導帯と呼ばれます。これらの電子が軌道にあるときはいつでも、与えられた材料が十分な電気伝導性を持っていることを示しています。電子によって行われるこのシフトにより、電流が材料を流れることができます。このような状況では、価電子帯は、電子が通常関与するスポットから遠く離れた電子軌道になります。金属の場合、伝導帯と価電子帯は互いに重なっているように見え、電子が 2 つのグループ間を頻繁に移動できるため、材料に十分な導電性が与えられます。
価電子帯の意味
価電子帯とは、励起されると伝導帯から飛び出す能力を持つ電子軌道の帯を指します。それは間違いなく、価電子帯と密接に関連している、電子によって占有されている特定のオブジェクトの任意の原子の最も外側の電子軌道です。
伝導帯の概念と同様に、バンドギャップは、占有エネルギーが最も低い状態と最も高い状態の間の年間の差として存在します。大きなバンドギャップの存在は、価電子が伝導帯で励起されるために多くのエネルギーを必要とすることを意味します。一方、電子は、伝導帯と価電子帯が重なり合うと、2 つの所定のバンド間で簡単に切り替えることができます。これは、材料が高度な導電特性を持っていることを意味します。
これに加えて、絶縁体は通常、大きなバンド ギャップを持っているため、電子が価電子帯から出て電子電流を発生させるには大量のエネルギーが必要になります。一方、半導体の場合は、比較的小さなバンドギャップがあり、材料に属する価電子のより多くの部分が、与えられたエネルギー量を考慮して伝導帯にシフトすることを可能にします。
この特性により、絶縁体と導体の間の導電性が促進されます。これは、これらの材料の場合に短絡が発生しない重要な理由です。既存のバンド ギャップはまた、半導体がエネルギーの 1 つの形式を別の形式に変換し、特定のカテゴリのダイオードと組み合わせたときに LED と同じように光を放出するのを容易にします。
両方の現象は、価電子帯と伝導の間の動きを示す電子によって放出または吸収されるエネルギーに依存します。いくつかの関連する価電子帯の例には、価電子帯の 4 つの電子から構成されるシリコン原子と、5 つのそのような電子を持つリンが含まれます。
価電子帯と伝導帯の違い
価電子帯と伝導帯の顕著な違いのいくつかを以下に示します:
- グラフ上の配置
これらのバンドをグラフで表すと、伝導帯はフェルミ準位よりも上にあります。一方、価電子帯は特定のエネルギー準位より下にあります。
- 使用される略語
価電子帯は VB、伝導帯は CB で表されます。
- 外的興奮の影響
価電子帯の場合、他のケースでは伝導帯に到達する間、移動します。
- 電子の存在の影響
価電子帯に存在する電子は、部分的または完全に満たされています。ただし、伝導帯の場合、電子は部分的に満たされているか空になっています。
- エネルギー状態
価電子帯のエネルギー状態は、エネルギー状態のレベルが比較的高い伝導帯よりも比較的低くなります。
- 電子密度
電子密度は伝導帯よりも価電子帯の方が比較的高い。
結論
上記の議論から、価電子帯と伝導帯は多くの要因に依存していると結論付けることができます。一言で言えば、価電子帯と伝導帯がエネルギー準位の 2 つの重要なカテゴリであると結論付けることもできます。これらは、電子がある軌道から別の軌道に移動し続けるために必要なエネルギー量によって区別されます。 2 つの概念には、さまざまな理由で異なるため、いくつかの違いもあります。
価電子帯と伝導帯の基本的な違いは、前者が原子の最外殻に配置された電子で構成されていることです。一方、後者は伝導過程に関与する自由電子で構成されています。
絶縁体、導体、半導体などの材料も、伝導帯と価電子帯の間に存在するエネルギーに関して、いくつかの根拠に基づいて異なります。
