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半導体の性質についての質問です。

金属は温度を上げることで導電率が低下しますが、半導体は温度を上げることで導電率が向上します。

その理由はなんでしょうか?
物理化学の教科書を読んで、バンド構造が関係していると書かれていましたが、バンド構造とは何かからイマイチ理解出来ていません。

ご教授頂けると嬉しいです。

「半導体の性質についての質問です。 金属は」の質問画像

質問者からの補足コメント

  • 半導体が温度をあげることで導電率が上がることは分かりました。
    しかし、金属は昇温することで導電率が低下することの理由がまだ分かりません。
    教えていただけると嬉しいです。

      補足日時:2021/05/25 08:41

A 回答 (4件)

No.3追記


一般的な金属材料の場合、温度が上昇するとフォノン(格子振動)が増大し、自由電子の移動を一層阻害することになり電流が流れにくくなります。
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この回答へのお礼

格子振動という概念を知りませんでした。
続けての回答、本当にありがとうございます。

お礼日時:2021/05/25 12:27

以下に回答がありますよ。


https://oshiete.goo.ne.jp/qa/9246642.html
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この回答へのお礼

式で説明がされていてわかりやすかったです。ありがとうございます。
ただ、金属が昇温によって流れにくくなるのはなぜでしょうか?

お礼日時:2021/05/25 08:40

絶縁体は電気抵抗が大きく、電気が流れません。


しかしながら、電圧を高めていくと非常に高い電圧で
絶縁破壊を起こし電流が流れてしまいます。
非常に高い電圧では絶縁体内のどこかに電流が流れる
場所があるということですよね。

厳密性に欠けると思いますが、この高電圧(絶縁破壊)の時に
電流が流れる所が絶縁体のバンドだと考えられると思います。

金属などの導電体では、元々電流がよく流れますので
このようなバンドは関係ありません。

半導体は、絶縁体に比べバンドとのエネルギーギャップが小さい。

バンドは、車の流れで言えば高速道路のようなものですかねえ
無料の一般道が渋滞している時に、お金を払えば高速道路を
利用できる。

半導体の温度を高めると電子の熱エネルギーが増加します。
熱エネルギーはボルツマン分布に従い、熱エネルギーの
低い電子も高い電子も存在します。

半導体のバンドギャップ以上の熱エネルギーを持った
電子は、バンドを利用して電流として流れます。
温度が高いほど、熱エネルギーの高い電子の割合は
増えるわけですから、より電流が流れる。
つまり抵抗が小さくなる。ということです。

ちょうど渋滞時に手持ちのお金がない時には
高速道路を使いたくても使えない。
料金を支払える車が増えるほど高速道路を使って
スイスイと車が流れる。
高速道路の料金がバンドギャップ。

あまりにも高額だと誰も利用しない。

このように考えたらいかがでしょうか。
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この回答へのお礼

高速道路のたとえがかなりしっくり来ました。ありがとうございます!

お礼日時:2021/05/25 08:38

https://ja.wikipedia.org/wiki/Pn%E6%8E%A5%E5%90%88
温度が上昇すると、電子の動きが活発になることにより空乏層の幅が広がって、一定時間に通り抜ける電子の数が増えるってことかな?
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
熱を貰うことでバンドギャップを超えるほどのエネルギーを得られるから電子が通れるということっぽいです!

お礼日時:2021/05/25 08:36

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