質問: 金属、半導体の抵抗の温度変化について 金属は温度が高くなると抵抗が大きくなり、半導体は温度が高くなると抵抗が小さくなるということで、理論的にどうしてそうなるのでしょうか。 金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか? 半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。 あと自分で調べていたところ「バンド理論」というのを目にしました。 関係があるようでしたらこれも教えて頂くとありがたいです。
回答: こんにちは。 >>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか? だいたい合っています。 金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。 それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。 >>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。 半導体の中において金属の自由電子に相当するものは、電子とホールです。この2つは電流を担う粒子ですので、「キャリア」(運ぶ人)と言います。 ホールは、半導体物理学においてプラスの電子のように扱われますが、その実体は、電子が欠けた場所のことを表す「穴」のことであって、おとぎ話の登場人物です。 電子の濃度とホールの濃度に違いがあったとしても、一定の温度においては、両者の濃度の積は一定です。 これは、水溶液において、h+ と oh- の濃度の積が一定(10^(-14)mol^2/l^2)であるのと実は同じことなのです。 中性の水溶液の温度が高くなると、h2o が h+ と oh- とに解離しやすくなり、h2o に戻る反応が劣勢になります。 それと同様に、真性半導体においても、温度が上がると電子とホールが発生しやすくなるのに比べて、両者が出合って対消滅する反応が劣勢になるため、両者の濃度の積は増えます。 キャリアが増えるので、電流は流れやすくなります。