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電気伝導率の大小により呼び方が変わる

電気伝導率の大小により呼び方が変わる. 電気伝導度. 絶縁体 抵抗体 半導体 導体 超伝導体. 小 大. イオン伝導と電子伝導では移動度が約 2000 倍も異なる. イオン結合性結晶や共有結合性化合物. 自由電子がほとんど存在しない. 抵抗率： 10 8 〜10 12 W cm. 金属. 絶縁体. CB. CV は空っぽ. E F. VB. FB. 5〜10eV 程度. CB. VB. 電子は VB のみ. FB が無くなり VB 電子は 連続的に CB へ移行 自由電子として伝導に寄与.

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Presentation Transcript

  1. 電気伝導率の大小により呼び方が変わる 電気伝導度 絶縁体 抵抗体 半導体 導体 超伝導体 小 大 イオン伝導と電子伝導では移動度が約2000倍も異なる

  2. イオン結合性結晶や共有結合性化合物 自由電子がほとんど存在しない 抵抗率：108〜1012Wcm 金属 絶縁体 CB CVは空っぽ EF VB FB 5〜10eV程度 CB VB 電子はVBのみ FBが無くなりVB電子は 連続的にCBへ移行 自由電子として伝導に寄与 CB : Conduction Band（伝導体） VB : Valence Band（価電子帯） FB : Forbidden Band（禁制帯）

  3. 不純物半導体 Extrinsic semiconductor p形半導体 n形半導体 CB CB 真性半導体 Intrinsic semiconductor ED EF CB EF EA VB VB EF ED Donor State EA Acceptor State VB

  4. 半導体ではFBが1〜2eV程度 （Si:1.1eV, Ge:0.7, GaAs:1.4eV） 熱励起によりVBにある電子の一部がCBへ VBでは電子の励起によりホールが単独で存在 真性半導体 Intrinsic semiconductor CV EF VB ：電子の有効質量 や　　はCBやVBにある有効な状態密度で 励起された電子濃度はVBからCBに傾斜化しており、 その平均密度がEFとなる

  5. 不純物半導体 Extrinsic semiconductor p形半導体 n形半導体 CB CB ED EF EF EA VB VB ED Donor State EA Acceptor State 不純物半導体では　 固溶サイトの占有原子よりも高原子価の元素の固溶により n形半導体 固溶サイトの占有原子よりも低原子価の元素の固溶により p形半導体 不定比性の化合物における欠陥構造によっても禁制帯中に エネルギーレベルができる

  6. 導電機構 セラミックスの導電機構は数多く提案されている 代表的な導電機構 • バンドによる伝導 • 金属伝導 • ホッピング伝導 • 金属ー半導体転移

  7. バンドによる伝導 電子やホールが伝導体の中を移動する • 酸化物では • 化学量論組成からのずれ • 不純物の添加 • によりキャリアを生成、それらのエネルギーレベルを構成する バンド伝導では導電率は温度依存性を示し、 で近似することができる。

  8. ：Sr ion ：Ti ion ：O ion

  9. <Band Structure② n=1>

  10. <Band Structure⑥ bulk 5% Y-dope>

  11. 金属伝導 電気伝導度σが非常に高く、σの温度依存性が かつ金属ー半導体転移が温度を変えても発現しない セラミックスではReO3が代表的 酸化物の中で最も電気伝導が高い O Re

  12. 正八面体結晶場の中心に遷移金属イオンが存在正八面体結晶場の中心に遷移金属イオンが存在 d軌道は八面体結晶場中で縮体がとけて t2g準位 eg準位　 に分裂 eg準位の電荷密度はx,y,z軸方向に広がり陰イオンと反発して不安定 t2g準位の電荷密度は軸間に広がり、安定

  13. Re6+-Re6+間の距離は約5.3ÅでRe6+イオンのt2g軌道が重なることは極めて少ないRe6+-Re6+間の距離は約5.3ÅでRe6+イオンのt2g軌道が重なることは極めて少ない Re6+イオンは6個のOからなる八面体結晶場の中心に位置 Re6+の電子配置は(5s)2(5p)6(5d)1である。 局在化した5d電子を１個持つReO3のバンドモデルである。 八面体結晶場に置いてRe6+イオンのd軌道はt2gおよびeg軌道に分かれる

  14. 酸素イオンのsおよびp軌道 　　　　　　　　　　　　　二重に縮退したpπ軌道とspσ混成軌道に分かれる。 Re6+イオンの２個のeg軌道は６個の酸素のspσ混成軌道とσ結合 　　　　　　　　　　　　　結合性σ準位と反結合性σ＊準位を形成 Re6+イオンの３個の酸素のpπ軌道とπ結合し、結合性π準位と反結合性π＊準位をつくり、残りの３個の酸素のpπは非結合準位を作る 。Re6+イオンのsおよびp軌道は６個の酸素のspσ混成軌道とσ結合し、結合性σ準位と反結合性σ＊準位を作る。

  15. ReO3１分子当たりの電子数は２５個であり、下の準位から電子を詰めていくと反結合性π＊準位は1/6だけ満たされる。従って、π＊準位内にフェルミ準位がくるため、ReO3は金属的な電気伝導を示す。ReO3１分子当たりの電子数は２５個であり、下の準位から電子を詰めていくと反結合性π＊準位は1/6だけ満たされる。従って、π＊準位内にフェルミ準位がくるため、ReO3は金属的な電気伝導を示す。

  16. ホッピング伝導 イオン結晶 絶縁体 半導体 幅の狭い伝導体 伝導電子は特定のイオンに局在化 極小のエネルギーの状態 電子の雲は周りの格子を歪ませる 電気的分極構造の誘起

  17. 電気的分極は電子との相互作用により 　　　　　　　　　　　　　　電子エネルギーを減少させる 結晶中を電子が動くとすると 分極構造をともなって移動する 電子と分極の複合粒子をポーラロンと呼ぶ 結晶の単位胞よりも大きな格子歪み　　　　　　　ラージポーラロン 結晶の単位胞よりも小さな格子歪み　　　　　　　スモールポーラロン

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