ここから本文です

導体の抵抗は温度が上昇するとともに増加しますが、半導体、たとえばゲルマニウム...

このエントリーをはてなブックマークに追加

質問者

anctd_820さん

2009/8/2201:53:56

導体の抵抗は温度が上昇するとともに増加しますが、半導体、たとえばゲルマニウムやシリコンの場合は温度が上昇するとその抵抗は減少します。
この現象の説明をどなたかお願いします。

ちなみに高校の専門科目の電気回路の問題です。
回答お願いします。

閲覧数:
13,645
回答数:
2
お礼:
25枚

違反報告

ベストアンサーに選ばれた回答

編集あり2009/8/2205:16:59

他の方の回答も、エネルギーバンドいわゆるバンドモデルを使わずに、うまく説明されていますので参考にしてください。

導体の電気伝導を担うのは自由電子です。自由電子は、電気伝導の際に金属原子が構成する結晶格子をくぐり抜けて、電気伝導しています。温度が低い場合は、結晶格子は熱振動しないので、自由電子は、ほぼ無限に近い距離を電気伝導することができます(超伝導)。もし結晶格子の温度が上昇すると、格子が熱振動でゆさぶられ、電子の運動の邪魔をして進路に干渉します。電子が結晶格子をくぐり抜けることが困難となり、これが電気抵抗となります。さらに高温になると電子は、ほとんど抜けることができなくなります。金属などの導体の電気抵抗が、温度上昇と共に増加するのは、こうした理由によるものです。

半導体では、不純物半導体(p型、n型半導体)と真性半導体(ゲルマニウム、シリコン)の場合では、細かいところで様相は、異なりますが、ここでは真性半導体のみ説明します。半導体の電気伝導は、主に、エネルギーバンドで説明することができます。半導体の電子は、ふだん、充満帯(価電子帯)と呼ばれる基底状態に待機しているため、低温下では絶縁体と変わらない電気抵抗を示しています。基底状態の充満帯と上位にある電気抵抗をつかさどる伝導帯との間にはバンドギャップと呼ばれる電子の入り込めないエネルギー帯があり、電子の基底状態と伝導状態との境界となっています。このバンドギャップの幅は、ほぼ、熱エネルギーや光エネルギーの幅に近く、電子は熱エネルギーや光の助けを借りて、簡単にバンドギャップを飛び越え、充満帯から伝導帯に遷移することができます。当然、電界や光を加えても遷移することができます。半導体における電気伝導は、自身に供給された熱エネルギーにより自励的に生じており、常温であれば常に電子が電気伝導しています。さらに高温になると、多くの電子が充満帯から励起され、さらに多くの電流が流れるようになります。これが、温度が上昇すると電気抵抗が下がる理由です。半導体は温度が上昇すると熱電対のように、電圧を発生するようになります。手元のシリコンダイオードやゲルマニウムダイオードにデジタルマルチメーターのプローブを当てて、実際に電圧を測ってみるとわかると思いますが、常温では10mV~20mVぐらいですが、40℃ぐらいのお湯につけると30~40mVぐらいの電圧が出てきます。電圧の大きさは、端子の状態や、ダイオードの状態にもよりますが、温度の上昇と共に電圧が上がっていく様子がわかると思います。他には、半導体に光を照射しても同様の現象を起こすことができます。半導体が光照射で電流を発生させる性質を利用して太陽電池が作られたりしています。

以上、申し述べたようにエネルギーバンドのモデルで、絶縁体、導体、半導体を説明することができますが、長文となり、そろそろ知恵袋の文字数制限にかかりますので、とりあえず、この程度にしておきます。

質問した人からのコメント

2009/8/23 16:09:19

感謝 わかりやすい説明、ありがとうございます。
参考にさせていただきます。

ちょい足しを取り消しますが
よろしいですか?

  • 取り消す
  • キャンセル
  • このエントリーをはてなブックマークに追加
簡単にみんなで作るショート動画アプリ Yahoo!Chocotle for Android(無料)
ベストアンサー以外の回答
1〜1件/1件中

2009/8/2203:39:33

金属、半金属は温度を上げると金属原子の熱運動で電子の移動が困難になるためです。理由は、温度があがると、原子核の熱振動が大きくなり、電子の電導より妨げるようになる。そして、電子の散乱=電気抵抗 が増加する。

一方、半導体や絶縁体でも上記と同じく原子核の熱振動は大きくなります。
しかし、これらは元々伝導に関係する電子(や正孔)が少ないものです。
そこで、温度を上げると、電子等が増え抵抗が下がります(電子・正孔の生成再結合率の増加)。
こちらの効果のほうが大きいため全体としては電気抵抗がさがります。

ちょい足しを取り消しますが
よろしいですか?

  • 取り消す
  • キャンセル

Q&Aをキーワードで検索:

Yahoo! JAPANは、回答に記載された内容の信ぴょう性、正確性を保証しておりません。
お客様自身の責任と判断で、ご利用ください。
本文はここまでです このページの先頭へ

ID/ニックネームを選択し、「追加する」ボタンを押してください。

閉じる

※知恵コレクションに追加された質問や知恵ノートは選択されたID/ニックネームのMy知恵袋で確認できます。

ほかのID/ニックネームで利用登録する