금속은 왜 낮은 온도에서도 전류가 잘 흐르지만 절연체는 그렇지 못한가요?

Question

안녕하세요. 금속은 왜 낮은 온도에서도 전류가 잘 흐르지만 절연체는 그렇지 못한 것이며, 온도를 높일 경우에는 금속도 전기 전도성이 떨어지는 이유는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 금속은 가전자대와 전도대가 서로 겹쳐 있거나, 전도대 자체가 부분적으로만 차 있기 때문에 전도대에는 이미 자유롭게 움직일 수 있는 전자가 존재합니다. 따라서 낮은 온도에서도 외부 전기장이 가해지면 이 자유전자들이 곧바로 이동하면서 전류가 흐를 수 있는데요, 즉 금속은 전하 운반자 수가 항상 풍부하게 존재하기 때문에 낮은 온도에서도 높은 전도성을 가집니다.

반면에 절연체는 가전자대와 전도대 사이의 밴드갭이 약 5 eV 이상으로 매우 크기 때문에 상온의 열에너지로는 전자가 이 에너지 장벽을 넘어 전도대로 들뜰 수 없으며 따라서 전도대에는 자유전자가 사실상 존재하지 않으며, 전류를 운반할 수 있는 입자가 거의 없게 됩니다. 이 때문에 절연체는 낮은 온도는 물론 상온에서도 전류가 잘 흐르지 않는 것입니다. 감사합니다.