يتم استخدام العوازل يوميًا من قبلنا جميعًا ، من المسامير إلى طلاء الأنابيب تحت الأرض. من ناحية أخرى ، تستخدم مواد أشباه الموصلات بشكل أساسي في الأجهزة الإلكترونية ولها استخدام كبير في صناعات الإلكترونيات لدينا.
الوجبات السريعة الرئيسية
- العوازل هي المواد التي لا توصل الكهرباء بشكل جيد ولها مقاومة عالية ، في حين أن أشباه الموصلات لديها مقاومة معتدلة والموصلية.
- يمكن لأشباه الموصلات توصيل الكهرباء في ظل ظروف معينة وتستخدم في الأجهزة الإلكترونية ، بينما تُستخدم العوازل لمنع تدفق الكهرباء.
- يمكن زيادة موصلية أشباه الموصلات عن طريق إضافة الشوائب من خلال المنشطات ، بينما لا يمكن تخدير العوازل لزيادة الموصلية.
عازل مقابل أشباه الموصلات
الفجوة الهائلة بين شريط الستارة وشريط التوصيل في العازل تمنع الإلكترونات الحرة من توصيل الكهرباء. من ناحية أخرى ، تمتلك أشباه الموصلات فجوة نطاق أقل من العوازل ، والتي يمكن للإلكترونات عالية الطاقة التغلب عليها.
العوازل موصلات سيئة للحرارة والكهرباء. مقاومتهم عالية جدًا ، لذا لا يمكن للكهرباء أن تمر من خلالها.
تستخدم بشكل رئيسي في عزل أسلاك التوصيل. إنها تشكل حاجزًا بين جسمين موصلين لمنع حدوث قصر في الدائرة والحوادث.
بعض المواد العازلة الشائعة هي الورق والخشب والبلاستيك المطاطي ، إلخ.
أشباه الموصلات لديها مستوى موصلية معتدلة. يمكن أن تتنوع مقاومتهم للكهرباء بإضافة الشوائب فيها.
هذه العملية تسمى المنشطات. يمكن أن تؤدي كمية صغيرة من الشوائب المضافة إلى اختلاف كبير في التوصيل.
يمكن أن تكون أشباه الموصلات نقية مثل الجرمانيوم والسيليكون ، أو المركبات ، مثل زرنيخيد الغاليوم أو سيلينيد الكادميوم.
جدول المقارنة
معلمات المقارنة | عازل | أشباه الموصلات |
---|---|---|
الموصلية | <10 -13 مو / م | بين 10 -7 إلى 10 -13 مو / م |
ناقلات شحن الأغلبية | لا يوجد توصيل بسبب عدم وجود ناقلات | حركة الإلكترونات والثقوب |
عدد إلكترونات التكافؤ | غلاف التكافؤ الخاص بهم كامل ، أي 8 إلكترونات | لديهم أربعة إلكترونات تكافؤ في الغلاف الخارجي |
فجوة الفرقة | هناك فجوة نطاق ضخمة من 6eV -10eV | هناك فجوة نطاق تبلغ 1.1 فولت |
نطاق التكافؤ | معبأ | فارغة جزئيًا |
نطاق التوصيل | فارغ | مملوء جزئيا |
الصفر المطلق | تزداد المقاومة | تحول إلى عازل |
المقاومية | مرتفع | معتدل |
مثال | المطاط والبلاستيك والورق وغيرها | السيليكون والجرمانيوم وزرنيخيد الغاليوم |
التطبيقات | الأجهزة المنزلية ، طلاء أسلاك الكابلات ، إلخ | الدوائر المتكاملة ، الثنائيات ، المقاومات ، إلخ |
ما هو العازل؟
تسمى المادة التي تكون موصلًا رديئًا جدًا للحرارة أو الكهرباء عازل. مستوى التوصيل منخفض جدا.
التوصيل هو خاصية التدفق السهل للتيار الذي يحمله من خلالها. تحتوي العوازل على نطاق تكافؤ كامل من 8 إلكترونات فيها.
ونتيجة لذلك ، لا توجد ناقلات مجانية لتوصيل الكهرباء.
وفقًا لنظرية النطاق ، فإن فجوة النطاق الضخمة من 6 إلكترون فولت إلى 10 إلكترون فولت لا تسمح للإلكترونات بالقفز من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل. لديهم شريط تكافؤ ممتلئ وفرقة توصيل فارغة.
لديهم مقاومة عالية جدًا بسبب عدم تمكن أي تيار من المرور من خلالها. عند زيادة درجة الحرارة ، فإن مقاومة عازل يقلل.
تؤدي درجة الحرارة إلى فقدان الروابط التساهمية الموجودة فيها وتزيد من عدد الحاملات فيها.
عند درجة حرارة الصفر المطلق ، تزداد مقاومة العازل. هناك أنواع عديدة من العوازل ، مثل عوازل الصوت ، والعوازل الحرارية ، والعوازل الكهربائية ، حسب مجال استخدام المادة.
عوازل الدبوس هي العوازل الأولى المستخدمة. الفراغ هو أيضا عازل.
هذا يرجع إلى حقيقة عدم وجود شركات النقل هناك. بعض الأمثلة على العوازل هي المطاط والبلاستيك وما إلى ذلك.
ما هي اشباه الموصلات؟
تُعرف المادة التي يكون مستوى توصيلها متوسطًا بين الموصل والعازل باسم أشباه الموصلات. يمكن تغيير مستوى التوصيل عن طريق إضافة العديد من الشوائب إلى بلورة أشباه الموصلات.
توجد بلورات شبه موصلة نقية مثل السيليكون أو الجرمانيوم وأشباه الموصلات المركبة مثل زرنيخيد الغاليوم أو سيلينيد الكادميوم.
هناك نوعان رئيسيان من أشباه الموصلات لهما تطبيقات ضخمة في صناعات الإلكترونيات الحديثة. وهي عبارة عن أشباه موصلات جوهرية (Si و Ge) وأشباه موصلات خارجية (نوع n و p-type).
يتم تشكيل أشباه الموصلات الخارجية من النوع n عن طريق إضافة عناصر المجموعة الثالثة في Si أو Ge النقي. تسمى هذه الشوائب المتبرعين.
يتم تشكيل أشباه الموصلات الخارجية من النوع p عن طريق إضافة عناصر المجموعة V في Si أو Ge النقي. تُعرف هذه الشوائب بالمقبلات.
لديهم كلا النوعين من الناقلات والثقوب والإلكترونات التي توصل الكهرباء. قدرتها على التوصيل بين 10-7 إلى 10-13 مو / م.
لديهم فجوة طاقة معتدلة مغطاة بالإلكترونات للانتقال إلى نطاق التوصيل. تمتلئ فرقة التكافؤ جزئيًا بـ 4 إلكترونات. لديهم نوع من الترابط التساهمي.
يفقدون خاصية التوصيل عند درجة حرارة صفر ويتحولون إلى عوازل. إنها مدمجة للغاية ، ولها تطبيق طويل العمر ، وتكلفة منخفضة ، مما يجعلها مطلوبة بشدة في التقنيات الحديثة.
لأشباه الموصلات تطبيقات ضخمة في صناعة الثنائيات والترانزستورات ، MOSFET، الخ.
الاختلافات الرئيسية بين العوازل وأشباه الموصلات
- الفرق الرئيسي بين العوازل وأشباه الموصلات هو نطاق الموصلية. توصيل العازل هو 10-13 mho / m ، في حين أن أشباه الموصلات لها موصلية بين 10-7 إلى 10-13 مو / م.
- لديهم فجوة نطاق طاقة مختلفة ؛ أي بالنسبة لأشباه الموصلات ، يبلغ 1.2 فولت ، وبالنسبة للعوازل فهو 10 إلكترون فولت.
- لا تحتوي العوازل على أي ناقلات ، لذلك لا يوجد بها موصلية ، ومن ناحية أخرى ، تحتوي أشباه الموصلات على إلكترونات وثقوب لتوصيلها.
- عند درجة حرارة الصفر المطلق ، تزداد مقاومة العازل ، في حين أن أشباه الموصلات تفقد الموصلية تمامًا وتتصرف كعازل
- تحتوي العوازل على رابطة تساهمية فقط ، في حين أن أشباه الموصلات لها روابط أيونية وتساهمية.
- تحتوي العوازل على غلاف تكافؤ كامل ، وتحتوي أشباه الموصلات على غلاف تكافؤ مملوء جزئيًا به 4 إلكترونات.
- تتمتع العوازل بمقاومة عالية جدًا لا تسمح بتدفق الكهرباء أو الحرارة من خلالها. ومع ذلك ، تتمتع أشباه الموصلات بمقاومة معتدلة ، مما يسمح بالتدفق إلى التيار ولكن في بعض الأحيان يعوقه.
الرقم المرجعي
- https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b04187?casa_token=Udhvcpd5v4QAAAAA:JLS2H_D2xAnvWgO3b373dzQ-8TOgwXYYyKu5bszsg0-5cJpD0ZAw4JzzkdJFcCTr8JNYJym4qmUROCFQ
- https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.27.7509
آخر تحديث: 11 يونيو 2023
أمضى بيوش ياداف السنوات الخمس والعشرين الماضية في العمل كفيزيائي في المجتمع المحلي. إنه فيزيائي شغوف بجعل العلم في متناول قرائنا. وهو حاصل على بكالوريوس في العلوم الطبيعية ودبلوم دراسات عليا في علوم البيئة. يمكنك قراءة المزيد عنه على موقعه صفحة بيو.
مقالة رائعة. كان شرح الفرق بين العوازل وأشباه الموصلات مفصلاً وغنيًا بالمعلومات. لقد استمتعت تماما بقراءة هذا المنصب.
وأنا أتفق تماما مع تقييمك Zmatthews، وكان الشرح واضحا وموجزا. مساهمة كبيرة في الموضوع.
لقد وجدت أن هذه المقالة مصدرًا لا يقدر بثمن لفهم أشباه الموصلات والعوازل. وكانت التفسيرات الوصفية مفيدة للغاية.
أنا أتفق معك بالتأكيد، آدم سكوت. الطبيعة الوصفية للتفسيرات جعلت هذه القراءة غنية جدًا.
لم يكن من الممكن أن أقول ذلك بشكل أفضل، آدم سكوت. وكان العمق الوصفي يستحق الثناء حقا.
كان التحليل التفصيلي للعوازل وأشباه الموصلات مثيرًا للإعجاب. لقد وسع بالتأكيد فهمي لهذه المواد وخصائصها.
وكان قسم التطبيقات الثاقبة بشكل خاص. من الضروري فهم الاستخدامات العملية لمواد مثل العوازل وأشباه الموصلات في مختلف الصناعات.
أتفق تماما، كاتي جرين. قدمت المقالة نظرة شاملة وقيمة للتطبيقات الواقعية لهذه المواد.
أنا أؤيد أفكارك، كاتي جرين وبمارشال. وكانت الأفكار العملية حول استخدامات العوازل وأشباه الموصلات ميزة بارزة.
لست مقتنعا بالمقارنات الواردة في هذا المقال. يبدو أن تعقيدات المواد شبه الموصلة لم يتم تناولها بشكل كامل في هذه المناقشة.
يجب أن أختلف معك يا جراهام. قامت المقالة بعمل رائع في توضيح الاختلافات بين هذين النوعين من المواد. وكانت المقارنات واضحة للغاية.
قدم هذا المنشور مقارنة ثاقبة بين العوازل وأشباه الموصلات. كطالب في علم المواد، وجدت أن هذا الكتاب مفيد للقراءة.
كان التقسيم التفصيلي للموصليات، وفجوات النطاق، ونطاقات التكافؤ للعوازل مقابل أشباه الموصلات رائعًا حقًا. لقد وسعت هذه المقالة معرفتي بالموضوع بشكل كبير.
نعم، أنا أتفق مع كلاكما. من المؤكد أن هذه المقالة قد رفعت مستوى النقاش حول أشباه الموصلات والعوازل.
أنا سعيد لأنني لست الوحيد الذي وجد هذا مثيرًا للاهتمام! سيباستيان روس، أفكارك ذكية جدًا. كان عمق المعلومات المقدمة مثيرًا للإعجاب.
كانت هذه المقالة قراءة مفيدة. يلخص جدول المقارنة بدقة الاختلافات الرئيسية بين المواد العازلة وأشباه الموصلات.
لا أستطيع أن أتفق معك أكثر، كيران13. يضيف جدول المقارنة قيمة كبيرة إلى المنشور.
تمت كتابة هذه المقالة بمنتهى الوضوح. وكانت تعريفات العوازل وأشباه الموصلات واضحة للغاية، مما يجعلها في متناول القراء بشكل كبير.
بالتأكيد، كارولين هنتر. وضوح المعلومات في هذا المنصب كان يستحق الثناء. إنها قطعة جيدة الصنع.
المحتوى مبسط للغاية. هناك حاجة إلى تحليل أكثر تعمقًا لتقدير الفروق الدقيقة بين العوازل وأشباه الموصلات.
أتوسل إلى الاختلاف، بتلر نيك. قدمت المقارنة التفصيلية فهمًا دقيقًا لهذه المواد. وكان العمق هناك بالتأكيد.