導体のエネルギー準位

🧠 導体ではフェルミ準位 Fermi level フェルミ準位（Fermi level） Fermi level（フェルミ準位） がバンド内にあり、非常に近い空状態へ電子が移れるため高い伝導率 conductivity 伝導率（conductivity） conductivity（伝導率） を示す。

部分占有帯と自由電子

部分充填バンドまたは重なったバンドに可動担体 mobile charge carrier 可動担体（mobile charge carrier） mobile charge carrier（可動担体） が存在する。電場electric field 電場（electric field）electric field（電場） によりFermi面近傍の分布がわずかに偏り電流が生じる。

flowchart TD
  A["部分充填バンド"]
  B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='electric field'>電場</span>で担体のドリフト"]
  C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='macroscopic'>巨視的</span>な電流"]
  A --> B
  B --> C

導体のバンド構造

$n$は担体密度 carrier density担体密度（carrier density） carrier density（担体密度）、$μ$は移動度 mobility移動度（mobility） mobility（移動度）。

温度で抵抗が増える理由

フェルミ準位Fermi level フェルミ準位（Fermi level）Fermi level（フェルミ準位） 近傍に利用可能状態がない絶縁体insulator絶縁体（insulator）insulator（絶縁体）と異なり、導体には部分占有 occupy 占有（occupy） occupy（占有） 帯がある。小さいバンドギャップ band gap バンドギャップ（band gap） band gap（バンドギャップ） を熱励起 thermal excitation 熱励起（thermal excitation） thermal excitation（熱励起） で越える場合は真性半導体intrinsic semiconductor真性半導体（intrinsic semiconductor）intrinsic semiconductor（真性半導体）になる。

• 金属では温度上昇で格子散乱 lattice scattering 格子散乱（lattice scattering） lattice scattering（格子散乱） が増え抵抗上昇。
• 電子全体が高速で流れるのではなく小さなドリフト速度 drift velocity ドリフト速度（drift velocity） drift velocity（ドリフト速度） が加わる。
• フェルミエネルギーFermi energy フェルミエネルギー（Fermi energy）Fermi energy（フェルミエネルギー） は熱エネルギー thermal energy 熱エネルギー（thermal energy） thermal energy（熱エネルギー） より通常大きい。

材料・生体への応用

電極、リード線lead wireリード線（lead wire）lead wire（リード線）、バイオセンサーbiosensor バイオセンサー（biosensor）biosensor（バイオセンサー） の電気伝導材料を理解する。

電子の占有 occupy 占有（occupy） occupy（占有） とバンド構造は、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・光学特性や電場 electric field 電場（electric field） electric field（電場） 下の導電率に影響する。¹²

まとめ

• 導体ではフェルミ準位 Fermi level フェルミ準位（Fermi level） Fermi level（フェルミ準位） がバンド内にあり、非常に近い空状態へ電子が移れるため高い伝導率 conductivity 伝導率（conductivity） conductivity（伝導率） を示す。
• 金属では温度上昇で格子散乱 lattice scattering 格子散乱（lattice scattering） lattice scattering（格子散乱） が増え抵抗上昇。
• 電極、リード線lead wireリード線（lead wire）lead wire（リード線）、バイオセンサーbiosensor バイオセンサー（biosensor）biosensor（バイオセンサー） の電気伝導材料を理解する。