伝導帯の概念が知られているように、これらは電子で満たされていない別のクラスのエネルギー準位帯であり、これらは移動性が高く、電気伝導特性を持っています。また、特定の固体材料に見られるさまざまなエネルギー値の範囲として定義することもできます。この特性により、電子は特定の原子から離れたままになり、物質を通して電荷を運ぶことができます。
この記事では、半導体と金属導体の伝導帯を詳しく見て、それらのさまざまな側面を理解します。
伝導帯の意味
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。
電子が占有されている任意の材料に存在する特定の原子の最も外側の電子軌道は、価電子帯を作成します。最低占有状態と最高占有エネルギー状態のエネルギー差は、バンドギャップと呼ばれます。物質が電気を通す可能性を示します。大きなバンドギャップは、伝導帯の価電子を励起する能力によって識別できると結論付けることができます。
一方、価電子結合と伝導帯が交差する場合、電子は 2 つの異なるバンド間を容易にジャンプできます。これは、特定の材料が優れた導電特性を持っていることを意味します。
固体のバンド理論
固体のバンド理論によれば、重なり合う電子殻のエネルギー準位は多少変化します。しかし、近くの原子は、最も内側に存在する電子のエネルギー準位に影響を与えません。固体のエネルギー準位構造と、その結果として生じるいくつかの状態が密接に組み合わされたエネルギー結合の形成が考慮されました。この理論は、金属固体の内部で起こる電子の量子状態の説明も試みます。複数の離散エネルギー準位が分子を形成します。これは、固体のバンド理論によって半導体の伝導帯について正確に説明されています。
電子は、原子内のそれぞれのエネルギー軌道に存在します。分子の場合、2 つの異なる原子軌道が一緒になって、2 つの異なるエネルギー準位を持つ分子軌道を形成します。ただし、固体の場合、いくつかの線がわずかなスペースに制限されているため、エネルギーバンドと呼ばれる巨大なエネルギーの塊を形成するバンドが作成されます。
この理論の助けを借りて、半導体、絶縁体、および導体の間の既存の違いを簡単に視覚化できます。これは、さまざまな材料に存在する電子の利用可能なエネルギーを理解するのに役立つからです。したがって、固体のバンド理論は、同じことの洞察に満ちた説明を提供すると結論付けることができます。
半導体の伝導帯
価電子帯の概念と同様に、伝導帯は既存のエネルギー準位に最も近く、材料の電気伝導率を識別するのに役立ちます。バンドは、半導体および電気絶縁体の伝導帯の場合、空の電子状態の最低範囲です。たとえば、ある物質の電子バンド構造を表すグラフを作成する場合、価電子結合をフェルミ準位より下に、伝導帯をその上に配置するのが望ましいでしょう。
これをよりよく理解するためにここで取り上げることができる半導体の例の伝導帯の 1 つがダイヤモンドです。大きな可能性を秘めたホワイトバンドギャップ半導体や、導体・電子デバイス材料に属します。一方、ゲルマニウムはバンドギャップエネルギーが比較的小さいため、結果として生じる温度差を操作する必要があります。伝導帯と価電子の違いは、金属の場合は意味がありません。これは、伝導帯と価電子帯の両方の特性に基づいて、部分的に満たされたバンドの場合にのみ伝導が起こるためです。
金属導体の伝導帯
金属導体の場合、金属は導体であり、2 つの要因がある点で重なるため、伝導帯間にギャップはありません。また、間隔が狭い既存の軌道での電子の継続的な供給が容易になることに注意することも重要です。したがって、2 つのエンティティが重複しているため、バランス バンドとコレクション バンドの間にギャップは見られないと結論付けることができます。
結論
一言で言えば、伝導帯は、半導体や金属固体のさまざまなレベルでさまざまな形で現れると結論付けることができます。半導体に分類される物質の場合、価電子帯があるため伝導帯はほとんどありません。また、半導体の重要性において伝導帯を理解するのに役立つように、半導体および金属材料のバンド構造にも深く関係しています。
1つはバンドギャップがゼロで、もう1つは比較的小さいバンドギャップを持ち、それぞれの導電率が導体と絶縁体の特性の間にあることを利用しています。このように、伝導帯は、金属固体の伝導帯と同じではない半導体の場合には異なる形をとる。
