電子ボルトについて

半導体の説明で「シリコンやゲルマニウムの半導体は、禁止帯の幅が1[eV]程度と小さく、絶縁体では、3[eV]以上である」と書いてあったのですが、電子ボルトは確か物質中の電子のもつエネルギーのことを指すものだと思うのですが、禁止帯の幅を表すのに電子ボルトを使う理由がわかりません。ご存知の方がおられましたら解説をお願いします。

No.1 ベストアンサー 回答者： htms42 回答日時： 2008/08/06 07:56

ｅＶはエネルギーの単位ですからどこに使ってもいいはずです。

でも電子１つに着目したエネルギーですから原子や分子の中でのエネルギー準位に対して使うと便利です。
水素原子のイオン化エネルギーが１３．６ｅＶというのは量子力学の入門書にはよく出てくるものです。Ｈの１ｓ軌道のエネルギー準位を表しています。
電子を１３．６Ｖの電位差で加速した時に電子に与えられるエネルギーと同じ大きさだということです。Ｊで表しても何のことかピンときません。
半導体に対して使ってもいいはずです。
１ｅＶが小さいのか大きいのかはやはりこの１３．６ｅＶが頭にあると判断しやすいです。

ｅＶは電子１つに相当するエネルギーの単位ですから１３．６ｅＶは水素原子１つについてのエネルギーの大きさだといってもいい事になります。イオン化エネルギーは普通Ｈ１モルについて表されています。

１ｅＶをｋＪ／ｍｏｌに直して見ます。
ｅは電気素量（電子１つの電荷）ですから
ｅ＝１．６×１０^(－１９)Ｃ
ですから
１ｅＶ＝１．６×１０^(－１９)Ｊです。
水素１モルでのイオン化エネルギーは
１３．６×１．６×１０^(－１９)×６．０×１０^(２３)
＝１．３×１０^(６)Ｊ＝１．３×１０００ｋＪ
になります。

No.2 回答者： fine001 回答日時： 2008/08/06 23:54

禁止帯の幅がなぜ電子ボルトで表現されるのか？という問に対しては、電子ボルトが原子物理などで、エネルギーの単位として使われてきた経緯があり、だからこそ便利であるからということではないでしょうか。

話は、多分、J.J.トムソンの陰極線に関する実験に遡ると思います。ご存知のとおり、この実験では陰極線の粒子（電子ですが）の比電荷を知ることが出来るのですが、よく教科書に出てくるように、電場や磁場による偏向の量を測定する方法以外に、陽極が得るエネルギーを測定して比電荷を求めようとした実験も行ったようです。電気素量は、ミリカンの油滴の実験を待たなければなりません。陰極と陽極の間の電位差から、陰極線粒子（電子）などのエネルギーを見積もったことから、電子ボルトの概念が出てきたのではないでしょうか。電気素量が、十分に精密に測定されていない時期には、便利な単位であったと思われます。結局、原子物理などを論じる際には、電子ボルトが用いられ、その延長として物性論でも電子ボルトを用いるということなのではないでしょうか。