재료에 따른 전기전도도 및 전도도차이의 원인

소개

재료에 따른 전기전도도 및 전도도차이의 원인에 대한 내용

목차

1. 재료의 종류에 따른 전기 전도도 조사
1) 옴의 법칙(Ohm`s law)
2) 전기 전도도(Electrical conductivity)
2. 재료의 종류에 따른 전기 전도도의 차이가 나는 원인
1) 전자의 수와 에너지 밴드갭(electron energy band gap)
2) 페르미 에너지(Fermi energy)
3) 금속의 경우
4) 반도체와 부도체의 경우
3. 온도 변화에 따라 각각의 재료의 전기 전도도의 변화 경향 및 그 원인
1) 금속
2) 반도체
4. 출처

본문내용

1) 옴의 법칙(Ohm`s law)
전류(I), 전압(V), 저항(R)의 관계를 나타내며 와 같다. 여기서 저항 R은 시편의 형상에 따라 달라진다. 그래서 형상에 무관하며 재료 고유의 값을 나타내는 비저항(Resistivity) ρ 이 나오게 되었다.

(A : 전류가 흐르는 방향에 수직한 단면적, l : 전압이 측정되는 두 지점 사이의 거리)
2) 전기 전도도(Electrical conductivity)
전기 전도도 σ는 간단하게 비저항의 역수로써 다음과 같다.

전기전도도는 재료가 전류를 얼마나 용이하게 흐르게 하는가를 나타내는 척도다.

2. 재료의 종류에 따른 전기 전도도의 차이가 나는 원인

1) 전자의 수와 에너지 밴드갭(electron energy band gap)
전도체, 반도체 그리고 많은 절연체에서 오직 전자 전도에 의해서 전류가 흐르며, 전기 전도율의 값은 전도 과정에 직접 참여하는 전자 수에 밀접한 영향을 받고 있다. 그러나 전기장이 가해졌을 경우에 원자 안에 있는 모든 전자가 가속되는 것은 아니다. 전기 전도에 직접 참여하는 전자 수는 에너지에 대한 전자 준위들의 배열과 이 전자 준위들이 전자에 의하여 채워지는 방법에 따라 크게 달라진다. 대부분의 원자에 있어 전자들은 가장 낮은 에너지를 가진 준위부터 채우며, 파울리의 배타원리에 따라 하나의 에너지 준위에는 서로 방향이 반대인 스핀을 가진 두 개의 전자까지 들어갈 수 있다.
결과적으로 각 원자에 명백하게 구분되었던 전자 에너지 상태는 N 개의 원자가 모인 고체 안에서도 근접하게 거리를 둔 전자 에너지 준위로 분리되어 전자 에너지 밴드(electron energy band)라는 것을 형성하게 된다. 비록 근접한 에너지 준위들 사이가 매우 좁은 간격으로 유지되어 있지만, 각각의 밴드 내에 있는 에너지 준위들은 명백히 분리되어 있다. 각 밴드 내의 에너지 준위 수는 고체를 구성하고 있는 N개의 원자에 의하여 제공된 모든 에너지 준위의 합과 같다.
고체 재료의 전기적 특성은 전자 밴드 구조에 의하여 달라진다. 즉, 최외각 전자 밴드의 배열과 그 밴드들이 전자로 어떻게 채워졌느냐에 따라 전기적 특성은 크게 변한다.

2) 페르미 에너지(Fermi energy)
첫 번째 밴드 구조는 가전자대에 전자가 부분적으로 채워진 것이다. 0K에서 전자가 채워지는 가장 높은 에너지 전위에 해당하는 에너지를 페르미 에너지(Fermi energy) 라고 한다. 두 번째 밴드 구조는 금속에서 발견되는 구조로서, 가전자대가 가득 채워져 있지만 가전자대의 윗부분이 전도대와 겹쳐 있는 경우이다. 마지막 두 밴드 구조는 유사한 구조이다. 즉,...................

참고자료

· Fundamentals of Materials Science and Engineering / William D.Callister
· Solid State Electronic Device / Streetman
· http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/electrical.html
· http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_elements_by_density
· http://knusun.kangnung.ac.kr/~chemjeon/2004/conductivity.ppt
· http://www1.encyber.com/search_w/ctdetail.php?masterno=844825&contentno=844825
· http://www.webexhibits.org/causesofcolor/10.html