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32 関係: ほとんど自由な電子、半導体、塩水、伝導帯、伝導電子、価電子、価電子帯、プラズマ、フェルミ気体、ドーパント、ホール・エルー法、イオン、空乏層、真空、真空管、物理学、自由電子、金属、色荷、電子、電子雲、電弧、電荷、電解液、電気伝導体、電流、N型半導体、P型半導体、Pn接合、正孔、濃度、拡散。
ほとんど自由な電子
ほとんど自由な電子（ほとんどじゆうなでんし、nearly-free electron、NFE）とは、金属中の電子のバンド構造を考えるときに用いられる近似法の一種である。自由電子に対し、非常に弱い周期的なポテンシャルによる摂動を考える。この近似法は典型金属元素によくあてはまる。これと対照的な近似法に強束縛近似がある。.
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半導体
半導体（はんどうたい、semiconductor）とは、電気伝導性の良い金属などの導体（良導体）と電気抵抗率の大きい絶縁体の中間的な抵抗率をもつ物質を言う（抵抗率だけで半導体を論じるとそれは抵抗器と同じ特性しか持ち合わせない）。代表的なものとしては元素半導体のケイ素（Si）などがある。 電子工学で使用されるICのような半導体素子はこの半導体の性質を利用している。 良導体（通常の金属）、半導体、絶縁体におけるバンドギャップ（禁制帯幅）の模式図。ある種の半導体では比較的容易に電子が伝導帯へと遷移することで電気伝導性を持つ伝導電子が生じる。金属ではエネルギーバンド内に空き準位があり、価電子がすぐ上の空き準位に移って伝導電子となるため、常に電気伝導性を示す。.
塩水
塩水（しおみず、えんすい、brine）は、塩化ナトリウムの飽和水溶液または飽和状態に近い水溶液のことである。野菜、魚、肉などの保存やフェタチーズの熟成に使われる。食品の保存に関しては他に、砂糖やビネガーも使われる。 塩水は、凝固点降下が起こるため真水よりも凝固点が低く、また、低コストで熱輸送を行うことができる。塩分濃度が23.3%の塩水の凝固点は-21℃であり、この温度は共晶温度と呼ばれている。塩化ナトリウムの15.5℃での溶解度は26.4gで0℃のときのそれは23.3gである。.
伝導帯
伝導帯(でんどうたい、Conduction band)は、バンドギャップのある系において、バンドギャップの直上にある、空のバンドのこと。バンドギャップのない場合にも、価電子帯、伝導帯の区別ができる場合がある（例：半金属）。しかし、純然たる金属のバンドにおいては、価電子帯、伝導帯の区別が判然としない（区別できない）場合もある。.
伝導電子
伝導電子（でんどうでんし、conduction electron）とは、物質（主に金属）において、電気伝導を担う電子のこと。 半導体において、伝導帯にある電子のことも伝導電子と呼ぶ（半導体において単に「電子」と言う場合、多くは伝導電子の意味になる）。価電子帯に存在する電子が、ある温度においては、絶対温度とボルツマン定数の積に値するエネルギーを受ける。このエネルギーがバンドギャップより大きい場合、価電子帯上端付近の電子が伝導帯へと励起され、この電子が伝導電子として振舞うことになる。金属においては、フェルミ準位が伝導帯内に存在するため、この熱的励起のエネルギーが非常に小さくともフェルミ準位以上のエネルギー帯域に電子が存在することになる。強く束縛を受けない伝導電子を自由電子と呼ぶ。 固体中の伝導電子は原子のポテンシャルによってある程度の束縛を受ける。真空中における自由電子は任意のエネルギーを持てるのに対し、結晶中の電子では、その結晶周期性に起因して、運動量（波数）に制限が生じるため、ブリュアンゾーンが生じ、またバンド構造を取る。 しかし電子に部分的に占有されているエネルギーバンドにある電子は自由電子的に振る舞い、格子振動（フォノン）との相互作用などを示すほか、エネルギー準位の占有確率はフェルミ統計に従う。半導体の場合、伝導帯の底付近の電子は、本来の電子の質量とは異なる有効質量を持つ自由電子のように振る舞う。.
価電子
価電子（かでんし、valence electron）とは、原子内の最外殻の電子殻をまわっている電子のことである。原子価電子（げんしかでんし）ともいう。ただし、最外殻電子がちょうどその電子殻の最大収容数の場合、または最外殻電子が8個の場合、価電子の数は0とする。 原子が化合物や結晶等を構成する際に、それらの化学結合や物性は、その原子内の核外電子が深く関わる。原子内の電子軌道を回る電子には、化学結合や物性に深く関わるものと、ほとんど関係しないものがある。化学結合や物性に関わる電子は、原子内の最外殻など外側を回っている。これらが価電子と言われる。逆に、原子核に近い軌道にある電子（内殻電子）は、通常の物性や化学結合に寄与することはほとんどない（が、例外も存在する）。 固体の絶縁体や半導体における価電子帯を占める電子を指すこともある。固体の金属においては、伝導電子（自由電子）に相当する。 典型元素の価電子は、その元素より原子番号の小さい最初の希ガス原子の核外電子の軌道より外側の軌道を回るものがなる。ただし、典型元素でも、ガリウムの3d軌道のように、比較的浅い内殻電子は、価電子的な振る舞いをし物性や化学結合に寄与する場合がある。例えば、窒化ガリウムでは、化合物の構成に関与している。また、遷移元素では、価電子は最外殻電子を意味していないため、特定の価電子を持っていないと言える。特にf電子をもつ元素では、価電子の定義は必ずしもこのようにはならない場合が少なくない。.
価電子帯
金属、および半導体・絶縁体のバンド構造の簡単な模式図 価電子帯（かでんしたい、valence band）とは、絶縁体や半導体において、価電子によって満たされたエネルギーバンドのこと。荷電子帯とも表記される。 絶対零度において「電子を含む一番エネルギーの高いバンド」が完全に電子で満たされている場合、これを狭義の充満帯 (filled band) と呼ぶ。これは絶縁体や半導体にのみ存在する。特に共有結合型結晶の充満帯を、価電子帯と呼ぶ。価電子帯の頂上から伝導帯の底までのギャップが、バンドギャップである。半導体や絶縁体においては、バンドギャップ中にフェルミ準位が存在する。 金属では価電子を含むバンドに空き準位がある（バンド中にフェルミ準位がある）ため、価電子がそのまま伝導電子（自由電子）となる。これに対し、半導体や絶縁体においては通常、価電子にバンドギャップを超えるエネルギーを与えて価電子帯から伝導帯へ励起することで、初めて伝導電子を得られる。完全に電子で占有された価電子帯では、電流は流れない。 なお広義には、電子で満たされた全てのエネルギーバンドを充満帯と呼ぶ。 Category:電子 Category:電子状態 Category:半導体.
プラズマ
プラズマ（英: plasma）は固体・液体・気体に続く物質の第4の状態R.
フェルミ気体
フェルミ気体 (Fermi gas) とは、数多くのフェルミ粒子（名前はエンリコ・フェルミに由来）の集まった相のこと。 フェルミ粒子はフェルミ＝ディラック統計に従う粒子である。 これらの統計は熱平衡状態のフェルミ気体におけるフェルミ粒子のエネルギー分布を決め、その数密度、温度、可能なエネルギー状態の組によって特徴づけられる。 パウリの排他原理により同じ量子数の組をもつ量子状態を２つ以上のフェルミ粒子がとることができない。 よってボース気体とは異なり、相互作用のないフェルミ気体はボース＝アインシュタイン凝縮を起こすことは禁じられるが、相互作用があるフェルミ気体では凝縮を起こす場合もある。 絶対零度でのフェルミ気体の全エネルギーは１粒子基底状態の和よりも大きくなる。 なぜならパウリの排他原理は、ある種の相互作用や圧力によって互いのフェルミ粒子が同じ状態にならないように動くことを意味しているからである。 この理由のため、古典的な理想気体とは対照的に、温度０においてもフェルミ気体の圧力は０にはならない。 縮退圧と呼ばれるこの圧力は、中性子星（中性子のフェルミ気体）や白色矮星（電子のフェルミ気体）を、表面上は星を崩壊させブラックホールにする内部へ向かう重力に対して安定化する。 星が十分に質量を持ち、縮退圧に打ち勝つときにのみ、崩壊して特異点となる。 その温度以下では気体は縮退すると言えるような温度が定義でき、フェルミ温度という（そのときの圧力はほぼパウリの原理のみに由来する）。 フェルミ温度はフェルミ粒子の質量とエネルギー状態密度に依存する。 金属では、電子気体のフェルミ温度は一般的に数千ケルビンであり、日常的な条件では縮退しているといえる。 温度ゼロでのフェルミ粒子のエネルギー最大値はフェルミエネルギーと呼ばれる。 運動量空間におけるフェルミエネルギー面は、フェルミ面として知られる。.
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ドーパント
ドーパント（）とは、半導体にドーピングされる不純物のこと。元素によりドナーもしくはアクセプター、あるいは、深い準位となる。このドーパントの注入により、N型半導体もしくはP型半導体の作成が可能である。.
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ホール・エルー法
ホール・エルー法（ホール・エルーほう、Hall-Héroult process）は、唯一実用化されているアルミニウムの製錬方法。溶融させた原料を電気分解させることで目的物質を得る溶融塩電解の代表例である。1886年にアメリカのチャールズ・マーティン・ホールとフランスのポール・エルーによりそれぞれ独自に開発された。.
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イオン
イオン（Ion、ion）とは、電子の過剰あるいは欠損により電荷を帯びた原子または原子団のことである。電離層などのプラズマ、電解質の水溶液、イオン結晶などのイオン結合性を持つ物質内などに存在する。 陰極や陽極に引かれて動くことから、ギリシャ語のἰόνイオン, ローマ字表記でion（"going"）より、 ion（移動）の名が付けられた。.
空乏層
乏層（くうぼうそう、depletion layer）とは、半導体のPN接合などでみられる、キャリアがほとんどなく、電気的に絶縁された領域のこと。欠乏層とも言う。.
真空
真空（しんくう、英語：vacuum）は、物理学の概念で、圧力が大気圧より低い空間状態のこと。意味的には、古典論と量子論で大きく異なる。.
真空管
5球スーパーラジオに使われる代表的な真空管（mT管） 左から6BE6、6BA6、6AV6、6AR5、5MK9 ここでは真空管（しんくうかん、vacuum tube、vacuum valve）電子管あるいは熱電子管などと呼ばれるものについて解説する。.
物理学
物理学（ぶつりがく, ）は、自然科学の一分野である。自然界に見られる現象には、人間の恣意的な解釈に依らない普遍的な法則があると考え、自然界の現象とその性質を、物質とその間に働く相互作用によって理解すること（力学的理解）、および物質をより基本的な要素に還元して理解すること（原子論的理解）を目的とする。化学、生物学、地学などほかの自然科学に比べ数学との親和性が非常に強い。 古代ギリシアの自然学 にその源があり, という言葉も、元々は自然についての一般的な知識の追求を意味しており、天体現象から生物現象までを含む幅広い概念だった。現在の物理現象のみを追求する として自然哲学から独立した意味を持つようになったのは19世紀からである。 物理学の古典的な研究分野は、物体の運動、光と色彩、音響、電気と磁気、熱、波動、天体の諸現象（物理現象）である。.
自由電子
自由電子(じゆうでんし, free electron)とはポテンシャルがいたるところでゼロ、つまり何ら束縛を受けていない電子のこと。電子気体（フェルミ気体）とも呼ばれることがある。この自由電子をモデルとしたものを自由電子モデル（自由電子模型、Free electron model）と言う。現実の電子系について、それらが自由電子であると仮定する近似を自由電子近似と言う。 特に金属の場合は、伝導電子と同じ意味で自由電子という言葉が用いられる。金属内部の自由電子は、電気伝導や熱伝導を担う。 実際には通常の金属においても、伝導電子はごく弱くはあるが相互作用を受けている。強く束縛を受ける伝導電子などには適用できず、電子同士の多体相互作用も無視している。自由電子として扱うのは一種の理想化である。.
金属
リウム の結晶。 リチウム。原子番号が一番小さな金属 金属（きんぞく、metal）とは、展性、塑性（延性）に富み機械工作が可能な、電気および熱の良導体であり、金属光沢という特有の光沢を持つ物質の総称である。水銀を例外として常温・常圧状態では透明ではない固体となり、液化状態でも良導体性と光沢性は維持される。 単体で金属の性質を持つ元素を「金属元素」と呼び、金属内部の原子同士は金属結合という陽イオンが自由電子を媒介とする金属結晶状態にある。周期表において、ホウ素、ケイ素、ヒ素、テルル、アスタチン（これらは半金属と呼ばれる）を結ぶ斜めの線より左に位置する元素が金属元素に当たる。異なる金属同士の混合物である合金、ある種の非金属を含む相でも金属様性質を示すものは金属に含まれる。.
色荷
色荷（しきか）は、強い相互作用を記述する量子色力学に関連するチャージである。 カラーチャージ（Color charge）、或いは単にカラー、色とも呼ばれる。 強い相互作用を受けるクォークと強い相互作用を媒介するグルーオンがカラーを持つ。.
電子
電子（でんし、）とは、宇宙を構成するレプトンに分類される素粒子である。素粒子標準模型では、第一世代の荷電レプトンに位置付けられる。電子は電荷−1、スピンのフェルミ粒子である。記号は e で表される。また、ワインバーグ＝サラム理論において弱アイソスピンは−、弱超電荷は−である。.
電子雲
電子雲（でんしうん）とは原子において軌道電子を「存在する確率」として示したものである。 原子模型の歴史的には、長岡が提唱しラザフォードが改良したモデル（詳細は原子模型の記事を参照のこと）では、電子はあたかも太陽のまわりを公転する惑星のように原子核のまわりを廻っているとされ、日本の初等教育等、現代でもそのように教えている例もある。しかし、ボーアの原子模型を経て、現代の量子力学では、電子はもはや「確定した位置と速度を持つ点」ではなく、波動関数であらわされる存在であり、たとえば電子が存在するために起きる干渉などの相互作用は、それに従い確率的に起きる。空間におけるこの確率は雲のようにぼんやりと分布するものと比喩され、これを電子雲という。 Category:電子 Category:量子力学 Category:量子化学.
電弧
電弧の例 電弧放電（でんこほうでん）、または、アーク放電（electric arc ）は、電極に電位差が生じることにより、電極間にある気体に持続的に発生する絶縁破壊（放電）の一種。負極・正極間の気体分子が電離しイオン化が起こり、プラズマを生み出しその中を電流が流れる。結果的に、普段は伝導性のない気体中を電流が流れることになる。この途中の空間では気体が励起状態になり高温と閃光を伴う。.
電荷
電荷（でんか、electric charge）は、素粒子が持つ性質の一つである。電気量とも呼ぶ。電荷の量を電荷量という。電荷量のことを単に電荷と呼んだり、電荷を持つ粒子のことを電荷と呼んだりすることもある。.
電解液
電解液 (でんかいえき、Electrolyte Solution) とはイオン性物質を水などの極性溶媒に溶解させて作った、電気伝導性を有する溶液をさす。電解質溶液ともいい、英語ではIonic solutionということもあることから、イオン溶液とも呼ばれることもある。狭義には、電池や電気メッキ槽にいれる電解質水溶液を指す。 一方、溶媒を含まず、イオンのみからなる液体のことはイオン液体もしくは溶融塩と呼び、区別される。.
電気伝導体
電気伝導体（でんきでんどうたい）は移動可能な電荷を含み電気を通しやすい材料、すなわち電気伝導率（導電率）の高い材料である。良導体、単に導体とも呼ぶ。 電気伝導率は、物質によってとる値の範囲が広い物性値で、金属からセラミックまで20桁ほど幅がある。一般には伝導率がグラファイト（電気伝導率 106S/m）と同等以上のものが導体、106S/m以下のものを不導体（絶縁体）、その中間の値をとるものを半導体と分類する。106S/mという電気伝導率は、1mm2の断面積で1mの導体の抵抗が1Ωになる電気の通りやすさである。 銅やアルミニウムといった金属導体では、電子が移動可能な荷電粒子となっている（電流を参照）。移動可能な正の電荷としては、格子内の原子で電子が抜けている部分という形態（正孔）や電池の電解液などにイオンの形で存在する場合がある。不導体が電流を通さないのは移動可能な電荷が少ないためである。.
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電流
電流（でんりゅう、electric current電磁気学に議論を留める限りにおいては、単に と呼ぶことが多い。）は、電子に代表される荷電粒子他の荷電粒子にはイオンがある。また物質中の正孔は粒子的な性格を持つため、荷電粒子と見なすことができる。の移動に伴う電荷の移動（電気伝導）のこと、およびその物理量として、ある面を単位時間に通過する電荷の量のことである。 電線などの金属導体内を流れる電流のように、多くの場合で電流を構成している荷電粒子は電子であるが、電子の流れは電流と逆向きであり、直感に反するものとなっている。電流の向きは正の電荷が流れる向きとして定義されており、負の電荷を帯びる電子の流れる向きは電流の向きと逆になる。これは電子の詳細が知られるようになったのが19世紀の末から20世紀初頭にかけての出来事であり、導電現象の研究は18世紀の末から進んでいたためで、電流の向きの定義を逆転させることに伴う混乱を避けるために現在でも直感に反する定義が使われ続けている。 電流における電荷を担っているのは電子と陽子である。電線などの電気伝導体では電子であり、電解液ではイオン（電子が過不足した粒子）であり、プラズマでは両方である。 国際単位系 (SI) において、電流の大きさを表す単位はアンペアであり、単位記号は A であるアンペアはSI基本単位の1つである。。また、1アンペアの電流で1秒間に運ばれる電荷が1クーロンとなる。SI において電荷の単位を電流と時間の単位によって構成しているのは、電荷より電流の測定の方が容易なためである。電流は電流計を使って測定する。数式中で電流量を表すときは または で表現される。.
N型半導体
n型半導体（エヌがたはんどうたい）とは、電荷を運ぶキャリアとして自由電子が使われる半導体である。負の電荷を持つ自由電子がキャリアとして移動することで電流が生じる。つまり、多数キャリアが電子となる半導体である。 例えば、シリコンなど4価元素の真性半導体に、微量の5価元素(リン、ヒ素など)を不純物として添加することで電子が一つ余分に生じる。この余剰の電子は伝導帯のすぐ下にあるドナー準位に収容され、このドナー準位と伝導体のバンドギャップは小さいためドナー順位の電子は熱的、光エネルギーを加えることにより電子が伝導帯に励起され自由電子となり、電気伝導性を与える。.
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P型半導体
p型半導体（ピーがたはんどうたい）とは、電荷を運ぶキャリアとして正孔(ホール)が使われる半導体である。正の電荷を持つ正孔が移動することで電流が生じる。つまり、正孔が多数キャリアとなる半導体である。 例えばシリコンなど4価元素の真性半導体に、微量の3価元素(ホウ素、アルミニウムなど)を添加することでつくられる。不純物半導体に含まれる。.
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Pn接合
pn接合（ぴーえぬせつごう、pn junction）とは、半導体中でp型の領域とn型の領域が接している部分を言う。整流性、エレクトロルミネセンス、光起電力効果などの現象を示すほか、接合部には電子や正孔の不足する空乏層が発生する。これらの性質がダイオードやトランジスタを始めとする各種の半導体素子で様々な形で応用されている。またショットキー接合の示す整流性も、pn接合と原理的に良く似る。.
正孔
正孔（せいこう）は、ホール（Electron hole または単にhole）ともいい、物性物理学の用語。半導体（または絶縁体）において、（本来は電子で満たされているべき）価電子帯の電子が不足した状態を表す。たとえば光や熱などで価電子が伝導帯側に遷移することによって、価電子帯の電子が不足した状態ができる。この電子の不足によってできた孔（相対的に正の電荷を持っているように見える）が正孔（ホール）である。 半導体結晶中においては、周囲の価電子が次々と正孔に落ち込み別の場所に新たな正孔が生じる、という過程を順次繰り返すことで結晶内を動き回ることができ、あたかも「正の電荷をもった電子」のように振舞うとともに電気伝導性に寄与する。なお、周囲の価電子ではなく、伝導電子（自由電子）が正孔に落ち込む場合には、伝導電子と価電子の間のエネルギー準位の差に相当するエネルギーを熱や光として放出し、電流の担体（通常キャリアと呼ぶ）としての存在は消滅する。このことをキャリアの再結合と呼ぶ。 正孔は、伝導電子と同様に、電荷担体として振舞うことができる。正孔による電気伝導性をp型という。半導体にアクセプターをドーピングすると、価電子が熱エネルギーによってアクセプタ準位に遷移し、正孔の濃度が大きくなる。また伝導電子の濃度に対して正孔の濃度が優越する半導体をp型半導体と呼ぶ。 一般に正孔のドリフト移動度（あるいは単に移動度）は自由電子のそれより小さく、シリコン結晶中では電子のおよそ1/3になる。なお、これによって決まるドリフト速度は個々の電子や正孔の持つ速度ではなく、平均の速度であることに注意が必要である。 価電子帯の頂上ではE-k空間上で形状の異なる複数のバンドが縮退しており、それに対応して正孔のバンドも有効質量の異なる重い正孔(heavy hole)と軽い正孔(light hole)のバンドに分かれる。またシリコンなどスピン軌道相互作用が小さい元素においてはスピン軌道スプリットオフバンド（スピン分裂バンド）もエネルギー的に近く（Δ.
濃度
濃度（のうど）は、従来、「溶液中の溶質の割合を濃度という、いろいろな表し方がある。質量パーセント濃度、モル濃度等」（日本化学会編 第2版標準化学用語辞典）と定義されている。しかし、濃度をより狭く「特に混合物中の物質を対象に、量を全体積で除した商を示すための量の名称に追加する用語」（日本工業規格(JIS)）『JISハンドブック 49 化学分析』日本規格協会;2008年と定義している場合がある。 後者に従えば「質量モル濃度」と訳されているMolarityは「濃度」ではない。しかし、MolarityやMolalityにそれぞれ「質量モル濃度」「重量モル濃度」等「～濃度」以外の訳語は見られない。.
拡散
拡散（かくさん、独、英、仏: Diffusion) とは、粒子、熱、運動量などが自発的に散らばり広がる物理現象である。この現象は着色した水を無色の水に滴下したとき、煙が空気中に広がるときなど、日常よく見られる。これらは、化学反応や外力ではなく、流体の乱雑な運動の結果として起こるものである。.
