12/13

電気伝導について

電気伝導について。

電流が流れる向きは電子が移動する方向の逆。

物質の抵抗は長さに比例し、断面積に比例する。このときの比例定数を抵抗率という。

抵抗率の逆数は導電率といい、電気の流れやすさを表す。

ドリフト電流について。

古典的な扱いでは、質量がｍ、電荷が-eである固体中の電子に電場Eのもとにおける振る舞いはドルーデモデルと呼ばれる。

τは緩和時間、あるいは平均自由時間と呼ばれる。

定常状態では電子の加速度は０となり、このときの速度をドリフト速度と呼び、電場以外の比例定数を移動度と呼ぶ。

今、自由電子の電子密度をｎとすれば、電流密度iは電子密度と電荷とドリフト速度の積で表せる。

またそのときの電場以外の比例定数は抵抗率の逆数である導電率に他ならない。

電気抵抗の温度依存性について。

抵抗率は緩和時間に反比例する。温度が高いほど格子振動が激しくなり自由電子は多くの原子と衝突する。つまり、緩和時間は小さくなる。したがて、抵抗率は温度の上昇とともに大きくなる。

残留抵抗について。

温度が絶対零度になったとき電気抵抗は若干の値を示す。これを残留抵抗と呼ぶ。残留抵抗を生むのは主に不純物や格子欠陥である。一般的にはこの残留抵抗のために物質の抵抗は０にならない。しかしある種の物質では、その温度が絶対零度に近づくと電気抵抗が急激に０になる減少が知られており、これを超伝導と呼ぶ。

拡散電流について。

キャリア密度が均一ではなくある方向に濃度勾配がある場合、フィックの第一法則に基づいた拡散電流が起こる。

拡散成分の流束は濃度勾配に比例し、比例定数は拡散係数にマイナスをかけたものである。

拡散係数は温度、ボルツマン定数、活性化エネルギーに依存する。

電子密度、移動度、拡散係数は伝導電子と正孔で異なる。