半導体

【半導体の基礎】エネルギー準位とエネルギーバンドの要点をまとめました

半導体の勉強を続けていますが、背景知識がなさすぎて、何をどこまで勉強するか日々試行錯誤を繰り返しています。

そんな中、「エネルギー準位」「エネルギーバンド」という言葉は色々なところで度々出てくるので、一度キチンと理解しておいた方が良いなと思い、ネット情報を元にまとめてみました。

もし「ここ間違っているよ」等アドバイスがありましたら、お気軽にコメント頂けるとありがたいです。

エネルギー順位って?

  • 電子は原子軌道のうち、特定のエネルギーの値の軌道にしか存在できない。この「電子が存在できるエネルギー」を「エネルギー準位」という
  • 原子核に近い軌道ほどエネルギーが低く、遠いほどエネルギーが高い。
  • エネルギーが低い方が安定するので、電子は原子核に近い内側の軌道から入る。

エネルギーバンドって?

  • 原子が1個のときは、エネルギー準位が1本だが、原子が複数の場合はエネルギー準位も複数になる。
  • 例えば、原子2個ならエネルギー準位2本、原子3個ならエネルギー準位3本…、原子N個ならエネルギー準位N本…という風になる。
  • つまり、原子の分だけエネルギー準位も増えるため、帯状になり、これを「エネルギーバンド(あるいは「エネルギー帯」)という

エネルギーバンドと電気伝導の関係

  1. エネルギーバンドに電子がつまりすぎると、電子の身動きが取れず、電気伝導できない。
  2. エネルギーバンドに電子が全くないと、流れる電子がないので電気伝導できない。
  3. エネルギーバンドに半分くらい電子が入っていると、電気伝導が可能になる。

導体のエネルギーバンド

導体のエネルギーバンドには、上記の③(エネルギーバンドに半分くらい電子が入っていると、電気伝導が可能になる。)の状態のものがあるので、電気伝導が可能になるのですね。

絶縁体と半導体のエネルギーバンド

導体とは逆に、絶縁体と半導体のエネルギーバンドは、①(エネルギーバンドに電子がつまりすぎると、電子の身動きが取れず、電気伝導できない。)か②(エネルギーバンドに電子が全くないと、電気伝導できない。)の状態なので、電気が流れにくいのですね。

そこで電子が①から②のエネルギーバンドに飛び越えて移動しますが、①と②の間をバンドギャップ(禁制帯)といいます。

絶縁体と半導体の違い

絶縁体と半導体のエネルギーバンドは同じなのですが、では違いは何かというと、

不純物を追加することで、電子や正孔が生じる物質が半導体、

不純物を追加しても、電子や正孔が生じない物質が絶縁体。

と区別するようですね。

作成したノート

まとめ

駆け足ですが、エネルギー準位、エネルギーバンド、導体のエネルギーバンド、絶縁体と半導体のエネルギーバンドについてまとめてみました。

サイトによって説明が少しずつ違うようですが、こちらのサイトの説明が私にとっては理解しやすく納得できるものだったので、参考にさせて頂きました。

書籍での勉強から少し離脱してしまったので、エネルギー準位とエネルギーバンドについては一旦ここまでとして、元の勉強に戻ります。

引き続き頑張ります。

参考サイト

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