伝導帯

図1. 絶縁体、金属、半導体の価電子帯と伝導帯を示した図。 フェルミ準位とは、絶対零度において最も高いエネルギーを持つ占有電子軌道に与えられる名称である。

伝導帯とは、電子が励起されたときに価電子帯から飛び込むことができる電子軌道の帯のことです。 電子がこれらの軌道にあるとき、電子は物質内で自由に動くのに十分なエネルギーを持っています。 この電子の移動が電流を生み出す。 価電子帯とは、ある物質の原子の、実際に電子が占める一番外側の電子軌道のことである。 価電子帯の最高エネルギー状態と伝導帯の最低非占有エネルギー状態の間のエネルギー差はバンドギャップと呼ばれ、物質の電気伝導度を示しています。 バンドギャップが大きいということは、価電子を伝導帯に励起するために多くのエネルギーが必要であることを意味します。 逆に、金属のように価電子帯と伝導帯が重なっている場合は、電子が2つの帯の間を容易に飛び越えることができ（図1参照）、導電性の高い物質であることがわかる。

絶縁体はバンドギャップが大きいのが特徴で、電流を流すために電子を伝導帯に移動させるには、法外に大きなエネルギーが必要です。 導体は、伝導帯と価電子帯が重なっているため、価電子は基本的に自由である。 一方、半導体はバンドギャップが小さく、一定のエネルギーがあれば、材料の価電子のうち意味のある割合が伝導帯に移動することが可能である。 この性質により、導体と絶縁体の中間の伝導性を持ち、導体のように短絡することがないため、電気回路に適している理由の一つである。 また、このバンドギャップを利用して、半導体は光を電気に変換する太陽電池や、ある種のダイオードを作ってLEDとして発光させることができる。 これらのプロセスはいずれも、伝導帯と価電子帯の間を移動する電子が吸収または放出するエネルギーに依存しています。

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