絶縁体のエネルギー準位

🧠 絶縁体insulator 絶縁体（insulator）insulator（絶縁体） では価電子帯 valence band 価電子帯（valence band） valence band（価電子帯） が満たされ、伝導帯conduction band 伝導帯（conduction band）conduction band（伝導帯） とのバンドギャップ band gap バンドギャップ（band gap） band gap（バンドギャップ） が大きいため、常温で可動担体 mobile charge carrier 可動担体（mobile charge carrier） mobile charge carrier（可動担体） がほとんどない。

大きなバンドギャップ

孤立原子isolated atom 孤立原子（isolated atom）isolated atom（孤立原子） の離散準位は多数原子の結晶中でバンドへ広がる。フェルミ準位Fermi level フェルミ準位（Fermi level）Fermi level（フェルミ準位） 近傍に利用可能な状態がないため電場 electric field 電場（electric field） electric field（電場） をかけても持続電流が流れにくい。

flowchart TD
  A["原子準位がバンド形成"]
  B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='valence band'>価電子帯</span>充満・大きな<span class='jp-term jp-term-diagram' title='band gap'>バンドギャップ</span>"]
  C["担体不足で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='conductivity'>低伝導率</span>"]
  A --> B
  B --> C

絶縁体のバンド構造

通常$E_g$が数eV以上で熱励起 thermal excitation 熱励起（thermal excitation） thermal excitation（熱励起） が小さい。

伝導が生じる例外

結晶中で原子準位がバンドへ広がる過程は吸収端や透明領域 transparent window透明領域（transparent window） transparent window（透明領域）にも現れる。バンドギャップband gap バンドギャップ（band gap）band gap（バンドギャップ） を小さくすると導体や半導体 semiconductor 半導体（semiconductor） semiconductor（半導体） との違いが明確になる。

• 絶縁体insulator 絶縁体（insulator）insulator（絶縁体） も強電場 electric field 電場（electric field） electric field（電場） では降伏 breakdown 降伏（breakdown） breakdown（降伏） する。
• 光子エネルギーがバンドギャップ band gap バンドギャップ（band gap） band gap（バンドギャップ） を超えると吸収・光伝導photoconduction光伝導（photoconduction）photoconduction（光伝導）。
• 誘電体dielectric誘電体（dielectric）dielectric（誘電体） 偏光polarized light 偏光（polarized light）polarized light（偏光） は電流なしでも起こる。

材料・生体への応用

細胞膜脂質は低伝導率 low conductivity 低伝導率（low conductivity） low conductivity（低伝導率） の誘電体 dielectric 誘電体（dielectric） dielectric（誘電体） として静電容量を形成する。

バンド構造の差は、半導体semiconductor 半導体（semiconductor）semiconductor（半導体） ヘテロ接合 heterozygous ヘテロ接合（heterozygous） heterozygous（ヘテロ接合） の電子・光学特性や光電変換素子の導電率を決める。¹²

まとめ

• 絶縁体insulator 絶縁体（insulator）insulator（絶縁体） では価電子帯 valence band 価電子帯（valence band） valence band（価電子帯） が満たされ、伝導帯conduction band 伝導帯（conduction band）conduction band（伝導帯） とのバンドギャップ band gap バンドギャップ（band gap） band gap（バンドギャップ） が大きいため、常温で可動担体 mobile charge carrier 可動担体（mobile charge carrier） mobile charge carrier（可動担体） がほとんどない。
• 絶縁体insulator 絶縁体（insulator）insulator（絶縁体） も強電場 electric field 電場（electric field） electric field（電場） では降伏 breakdown 降伏（breakdown） breakdown（降伏） する。
• 細胞膜脂質は低伝導率 low conductivity 低伝導率（low conductivity） low conductivity（低伝導率） の誘電体 dielectric 誘電体（dielectric） dielectric（誘電体） として静電容量を形成する。