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電子ボルトについて

半導体の説明で「シリコンやゲルマニウムの半導体は、禁止帯の幅が1[eV]程度と小さく、絶縁体では、3[eV]以上である」と書いてあったのですが、電子ボルトは確か物質中の電子のもつエネルギーのことを指すものだと思うのですが、禁止帯の幅を表すのに電子ボルトを使う理由がわかりません。ご存知の方がおられましたら解説をお願いします。

投稿日時 - 2008-08-06 03:53:24

QNo.4231249

困ってます

質問者が選んだベストアンサー

eVはエネルギーの単位ですからどこに使ってもいいはずです。
でも電子1つに着目したエネルギーですから原子や分子の中でのエネルギー準位に対して使うと便利です。
水素原子のイオン化エネルギーが13.6eVというのは量子力学の入門書にはよく出てくるものです。Hの1s軌道のエネルギー準位を表しています。
電子を13.6Vの電位差で加速した時に電子に与えられるエネルギーと同じ大きさだということです。Jで表しても何のことかピンときません。
半導体に対して使ってもいいはずです。
1eVが小さいのか大きいのかはやはりこの13.6eVが頭にあると判断しやすいです。

eVは電子1つに相当するエネルギーの単位ですから13.6eVは水素原子1つについてのエネルギーの大きさだといってもいい事になります。イオン化エネルギーは普通H1モルについて表されています。

1eVをkJ/molに直して見ます。
eは電気素量(電子1つの電荷)ですから
e=1.6×10^(-19)C
ですから
1eV=1.6×10^(-19)Jです。
水素1モルでのイオン化エネルギーは
13.6×1.6×10^(-19)×6.0×10^(23)
=1.3×10^(6)J=1.3×1000kJ
になります。

投稿日時 - 2008-08-06 07:56:03

ANo.1

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回答(2)

ANo.2

禁止帯の幅がなぜ電子ボルトで表現されるのか?という問に対しては、電子ボルトが原子物理などで、エネルギーの単位として使われてきた経緯があり、だからこそ便利であるからということではないでしょうか。
話は、多分、J.J.トムソンの陰極線に関する実験に遡ると思います。ご存知のとおり、この実験では陰極線の粒子(電子ですが)の比電荷を知ることが出来るのですが、よく教科書に出てくるように、電場や磁場による偏向の量を測定する方法以外に、陽極が得るエネルギーを測定して比電荷を求めようとした実験も行ったようです。電気素量は、ミリカンの油滴の実験を待たなければなりません。陰極と陽極の間の電位差から、陰極線粒子(電子)などのエネルギーを見積もったことから、電子ボルトの概念が出てきたのではないでしょうか。電気素量が、十分に精密に測定されていない時期には、便利な単位であったと思われます。結局、原子物理などを論じる際には、電子ボルトが用いられ、その延長として物性論でも電子ボルトを用いるということなのではないでしょうか。

投稿日時 - 2008-08-06 23:54:23

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