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結晶中のキャリア濃度と化学ポテンシャル

金属や半導体においてキャリア濃度(n型半導体の場合は電子濃度、p型の場合は正孔濃度)が変化すると化学ポテンシャル(フェルミ準位)はどのように変化しますか。また出来れば定性的にその理由や過程も教えてもらえると分かりやすくて助かります。 フェルミ準位付近の状態密度などバンド構造の話でも良いのでよろしくお願いします。

みんなの回答

回答No.1

小さな分子は分子軌道によりその電子状態を考える。無限個とみなせる多くの数の原子が集合した固体の電子状態は、無数の分子軌道からつくられるエネルギーバンドを用いて表される。 絶縁体は電子が完全に詰まったバンドと電子の入っていないバンド間に広いエネルギーギャップが存在している物質で、電子がバンド内に束縛されているから自由に移動できる電子が存在せず電気が流れない。 エネルギーギャップが小さくなると下の電子が詰まったバンドから、電子の若干数が熱エネルギーによって上の空バンドに移るようになり、この伝導帯に入った電子と、それが抜けた後の正孔によって電気伝導性を示すようになる。 この半導体では、温度が上昇すると伝導帯に入る電子の数が増えるから電気伝導率が上昇が増加する。 電子を増やすタイプはキャリヤーが負電荷であるために、n型半導体、電子を減らすタイプはキャリヤーが正孔となるから、p型半導体。

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