バンド理論の観察によると、導体、絶縁体、および半導体の違いは、材料に存在するエネルギーと電子をよりよく理解するのに役立ちます。伝導帯は、この理論に関して取り上げるべき重要な概念の 1 つです。伝導帯は、励起されると低エネルギー準位から高エネルギー準位にスキップできる電子軌道のバンドとして定義できます。電子がこれらの軌道に存在する場合、電子は自由に移動するのに十分なエネルギーを持っています。この電子の移動により電流が発生し、半導体に伝導帯が形成されます。
この記事では、同様の側面について説明し、伝導帯とはという 1 つの基本的な質問に答えます。
伝導帯の意味
ここで、伝導帯とは何ですか?という質問に焦点を当てましょう。
伝導帯とは、伝導プロセスを可能にするための自由電子で構成されるエネルギー帯を指します。電子の役割からして、そもそも伝導帯と名付けられたのも同じ目的であると言っても過言ではありません。
外力を受けると価電子帯からシフトする電子は、伝導をサポートするために、より高いエネルギー帯に参加します。伝導帯は通常、より高いエネルギー状態レベルの上に位置するため、電子が伝導帯にとどまるために大量の励起エネルギーを必要とすることが重要になります。
伝導体の場合と同様に、伝導帯と価電子帯が重なるため、より低いエネルギー帯に存在する電子が伝導帯に移動しやすくなります。ただし、半導体の場合、伝導帯と価電子帯の間には十分なエネルギー ギャップがあり、価電子を解放するには外部エネルギーの力が必要です。
伝導帯と価電子帯の違い
伝導帯と価電子帯は、エネルギー量に基づいて異なる 2 つの重要な異なるエネルギー レベルのクラスです。
以下は、価電子帯と伝導帯のいくつかの重要な違いです –
- エネルギー レベルでは、伝導帯はエネルギー バンドのフェルミ レベルの上にあり、価電子帯はレベルのすぐ下にあります。
- 外部励起が提供されると、価電子帯は電子の外に移動します。ただし、電子は通常、外部エネルギーの力により伝導帯に向かって進みます。
- 価電子帯の場合、電子密度は伝導帯よりも比較的高いです。
- 通常、価電子帯は特定の室温で完全にまたは部分的に満たされています。一方、伝導帯は空であるか、同じ室温で部分的に繰り返される可能性があります。
- エネルギー状態が比較的低い価電子帯と比較すると、伝導帯のエネルギー レベルは比較的高くなります。
- 伝導帯の場合、原子核は通常、電子に対してほとんど力を発揮しませんが、価電子帯の場合はそうではありません。価電子帯の場合、原子核が電子に大きな圧力をかけます。
半導体の伝導帯
半導体に関して言えば、伝導帯の重要性について疑問に思ったことはありませんか?以下に示す例が役に立ちます!
半導体の場合、価電子帯と伝導帯の両方がフェルミ準位に近いままです。特定の固体材料の導電率レベルを特定するのに役立ちます。
これに加えて、半導体や電気絶縁体の場合、伝導帯はおそらく空の電子状態の最低範囲にあります。この状況が与えられた物質の電子バンド構造のグラフに表示される場合、分散バンドはおそらくフェルミ準位より下に位置し、伝導バンドは反対側にあります。
例えば、放射線を電離させれば、電子デバイス材料としての可能性が高まると考えられます。一方、ダイヤモンドやゲルマニウムなどの材料は、おそらくバンド ギャップ エネルギーに大きな違いがあるため、さまざまな温度で動作するように設定する必要があります。
結論
上記の議論を参照すると、伝導帯はカバーすべき重要なトピックであると結論付けることができます。それに関連するさまざまな側面と概念の重要性を理解するのに役立つだけでなく、半導体、導体、および絶縁体への適用性に関する関連性も理解できます。
特定の量のエネルギーによって決定されるエネルギー準位の分類として、伝導帯によって保持される電子は、伝導を促進するいくつかの材料の背後にある主要な要因です。これは、2 つのものが関連し、相互に依存しているシナリオを示しています。
