sähkösisäjohtavuuteen

Sähkösisäjohtavuus, eli intrinsic electrical conductivity, on materiaaliominaisuus, joka kuvaa kykyä johtaa sähköä puhtaan kiteisen aineen sisällä ilman epäpuhtauksien vaikutusta. Se riippuu aineen elektronien energiajakautumisesta ja lämpötilasta sekä siitä, miten luonnostaan syntyvät kantajat vaikuttavat kuljetukseen.

Erottaminen intrinsic- ja extrinsic-johtuvuuden välillä: Intrinsinen johtavuus syntyy pelkästään materiaalin omista kantajista (termisesti syntyneet elektronit ja aukot) sekä näiden liikkuvuuksista. Extrinsinen johtavuus taas johtuu epäpuhtauksista, dopauksesta tai muista virheistä, jotka lisäävät tai estävät kantajien määrää ja vaikuttavat samalla kulkevuuteen.

Semikonduktoreissa intrinsic conductivity voidaan kuvata käsitteellisesti muodossa σi = q ni (μn + μp), jossa q on elektronin varaus, ni intrinsinen kantajien koncentratio ja μn sekä μp elektronien ja aukkojen liikkuvuudet. Ni riippuu lämpötilasta ja materiaalin energiavyön välisestä Eg-arvosta; ni nousee lämpötilan myötä ja siten intrinsic-johtavuus kasvaa joidenkin materiaalien osalta.

Metalleissa intrinsic-johtavuus voidaan hahmottaa Drude-mallin kautta: σ = ne^2τ/m, missä n on vapaiden elektronien tiheys, e elektronin varaus, τ keskimääräinen vapausajan pituus ja m elektronin massa. Epäpuhtaudet vaikuttavat pääasiassa kuljettajan hyvän kulkemisen esteisiin.

Mittaukset ja yksiköt: johdotuvuuden SI-yksikkö on Siemens per metri (S/m); vastusmukavuus ρ mitataan Ω·m-yksiköissä. Tyypillisesti metallien conductivity on suurta ja lämpötilan noustessa vähenee, kun taas semiconductoreilla conductivity voi kasvaa lämpötilan mukaan.

Käyttö ja merkitys: intrinsic-johtavuus on perusta materiaaluluokittelulle ja malleille, ja sen ero ulkoisesta (dopingiin perustuvasta) johtuvuudesta on keskeinen ymmärtää semikonduktoreiden suunnittelussa ja materiaalitutkimuksessa.