• ベストアンサー

自由電子モデルについて

大学の講義で自由電子モデルというのをならったのですが、自由電子モデルというには、どのような仮定条件のもとで電子の状態を解析するのですか??初歩的な質問ですみません。 また、自由電子モデルは金属材料では適用できるけど、半導体やその他の材料では適用できませんよね?その理由も教えていただきたいです。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • leo-ultra
  • ベストアンサー率45% (228/501)
回答No.2

半導体でも自由電子モデルは適用できます。 むしろシリコンなどで自由電子モデルが適用でき、性質が 明らかにできたことが、今日の半導体技術が隆盛を 極めて原因ともいえます。

その他の回答 (1)

回答No.1

自由電子モデルとは、原子が持つ周期的なポテンシャルを無視して 例えば、一次元の量子井戸モデルで電子のエネルギーを算出するモデルです。 金属中には自由電子が存在しているので、このモデルは適用できますが、共有結合性の結晶などでは自由電子は存在しないので、このモデルは使用できません。

関連するQ&A

  • 金属の自由電子について

    金属の自由電子を考える際、自由電子モデル、ほぼ自由な電子モデル、強束縛された電子モデルの3種類あると思いますが、それぞれの利点や欠点は何なのでしょうか?後、例えば強磁場中や高電圧中に金属を置いた場合、自由電子が金属の端に移動すると思いますが、この端を何かで切断した場合、自由電子だけ取り除くことはなぜできないのでしょうか?

  • Drudeモデル=自由電子模型?

    今ちょっと金属のDrudeモデルについて調べているんですが Drudeモデルというのは自由電子模型ということでいいんでしょうか? ハッキリとそうだと書いてあるサイトが無くて、厳密に同じことだといえる自信が無かったので質問しました。

  • 金属(導体)の熱伝導が半導体や絶縁体より良い理由について質問です。

    金属(導体)の熱伝導が半導体や絶縁体より良い理由について質問です。 物理物性に基づく観点で考察しています。 いろいろな文献を調べると、金属の熱伝導が半導体や絶縁体より大きい理由は 熱を加えたとき金属の原子が振動し、自由電子がぶつかることで この振動している原子のエネルギーが自由電子に移り、この自由電子が 別の原子にぶつかることでその原子にエネルギーを伝えるというのが熱伝導で、 半導体や絶縁体は自由電子がないので金属のほうが大きいから、という解釈です。 しかし、熱伝導は自由電子だけではないと思います。 なぜならば、自由電子だけに依存するなら半導体や絶縁体は熱を伝えません。 しかし、現実には半導体も絶縁体も熱を伝えます。 なぜでしょうか? 愚考してみると、金属の場合は自由電子のほうが大きいウェイトを占めているから気づかないが、 それぞれの原子をつないでいる格子?のようなものが振動することで さもバネのように熱を伝えるので、自由に動ける自由電子より遅いのではないか。 と、思いつきました。 実際はどうなんでしょうか?

  • 電子比熱について

    金属の比熱は 格子比熱と電子比熱の寄与があるそうですが、 半導体の場合は電子比熱はあるのですか? あと、電子比熱がある=金属を意味しているのですか? おしえてください。

  • 自由電子の流れと電力

    電気に関する初歩的な質問です。 1. 電気が流れるとは自由電子がマイナスからプラスに流れることですが、例えば、銅と金を繋げて電池を繋げると、銅と金の自由電子が動くと思います。この時、銅の自由電子が金の中に入ったり、金の自由電子が銅の中に入ったりするわけですが、ではそもそも、自由電子とは1種類だけなのでしょうか。今の例で言えば、金の中にある自由電子と銅の中にある自由電子は、金属は違っても同じなのでしょうか。 2. 例えば電池に豆電球を繋げると光りますが、電力が消費され尽くされると光りません。では電力とは何でしょうか。自由電子自体は動いているだけなので、その数は変わらないはずです。 宜しくお願いします。

  • 化合物半導体の電子親和力

    金属-化合物半導体接触のショットキー障壁を見積もるため金属の仕事関数(フェルミ準位と真空準位との差)と化合物半導体の電子親和力(伝導体底と真空準位との差)を調べています。 金属の仕事関数は文献で調べられたのですが、化合物半導体の電子親和力はどうしても見つけることができません。適切な文献やサイトをご存知の方がいらしたら教えてください。また、計算により求めることができるのであれば、その方法についても知りたいです。 尚、対象としている化合物半導体は、GaN、SiC、GaAsなどのワイバンドギャップ半導体です。

  • 仕事関数、電子親和力の値について

    金属と半導体の接触について調べています。実際にエネルギー帯図を描こうと思うと、各金属の仕事関数および各半導体の電子親和力の値が必要になってきますが、webでは見つけられませんでした。これらの物性が載っている文献やサイトを教えていただけないでしょうか。一覧表になっているとありがたいです。金属は全てについて、半導体ではSi、Ge、GaAs、InP、SiC、GaNなどについて知りたいです。

  • 完全結晶内での自由電子の振る舞い(量子力学)

    大学の講義で飛行している電子は原子に衝突すると散乱されて方向を変えるのはわかっているのですが、完全結晶中の自由電子は原子がないかのように結晶中を通り抜けると聞きました。なぜこのようになるのでしょうか?? もしご存知で親切な方がいらっしゃいましたらどうかお答えいただけませんでしょうか?よろしくお願いいたします。

  • 半導体に関する質問です。

    金属と半導体の接触において、p型半導体と金属のオーミック接触の原理が理解できません。n型半導体と金属のオーミック接触は理解できたのですが、p型になるとわかりません。n型の場合は、電子の動きを考えればいいので、金属からn型半導体に電子が動いて、フェルミン準位が増加するので、バンド図で、フェルミン準位が上がるのがわかります。ただp型の場合は、正孔を考えなければなりません。ただ、金属は電子しか移動しないので、どのように金属と半導体の間の正孔のやりとりを考えたらいいのでしょうか?金属から半導体へ、または半導体から金属へ、正孔が移動すると考えられるのでしょうか?参考書などを見ると、「n型と同様に考えると」っとしか書いておらず、私には理解できません。すいませんが、教えてください。お願いします。

  • 金属シリコンって?

    長年半導体を触ってきて(但しIII-IV。今は別の分野)今更ですが、 Siは精錬(と言っていいのかな?)直後は金属なんですね。驚きました。 苦労してSiウェハを劈開した経験のある者としては未だに信じられません。 金属ということは、自由電子が豊富で金属結合をしていて電導度も高く、 延性、展性もあるのでしょうか。 鉄やアルミ、金などと比べてどんな感じなのかを教えてください。 またこの金属Siが共有結合の半導体となるのは、純度のためなのか、 引き上げのときの条件によるのかが、少し調べた限りではどうもよく分りません。 詳しい方がおられましたら教えてください。