عازل مقابل أشباه الموصلات: الفرق والمقارنة

نستخدم جميعاً العوازل يومياً، بدءاً من مقابض الصفائح المعدنية وصولاً إلى طلاء الأنابيب تحت الأرض. من ناحية أخرى، تُستخدم مواد أشباه الموصلات في الأجهزة الإلكترونية، ولها استخدامات واسعة في صناعاتنا الإلكترونية.

الوجبات السريعة الرئيسية

1. العوازل هي المواد التي لا توصل الكهرباء بشكل جيد ولها مقاومة عالية ، في حين أن أشباه الموصلات لديها مقاومة معتدلة والموصلية.
2. يمكن لأشباه الموصلات توصيل الكهرباء في ظل ظروف معينة وتستخدم في الأجهزة الإلكترونية ، بينما تُستخدم العوازل لمنع تدفق الكهرباء.
3. 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.

تُستخدم في عزل أسلاك التوصيل. تُشكّل حاجزًا بين جسمين موصلين لمنع حدوث تماس كهربائي وحوادث.

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.

إنها تتمتع بمقاومة عالية جدًا، مما يجعل من المستحيل مرور أي تيار خلالها. ومع زيادة درجة الحرارة، تقل المقاومة الكهربائية للعازل.

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 من أشباه الموصلات لهما تطبيقات واسعة في الصناعات الإلكترونية الحديثة. وهما أشباه الموصلات الداخلية (السيليكون والجرمانيوم) وأشباه الموصلات الخارجية (النوع n والنوع p).

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

1. 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.
2. لديهم فجوة نطاق طاقة مختلفة ؛ أي بالنسبة لأشباه الموصلات ، يبلغ 1.2 فولت ، وبالنسبة للعوازل فهو 10 إلكترون فولت.
3. لا تحتوي العوازل على أي ناقلات ، لذلك لا يوجد بها موصلية ، ومن ناحية أخرى ، تحتوي أشباه الموصلات على إلكترونات وثقوب لتوصيلها.
4. عند درجة حرارة الصفر المطلق ، تزداد مقاومة العازل ، في حين أن أشباه الموصلات تفقد الموصلية تمامًا وتتصرف كعازل
5. تحتوي العوازل على رابطة تساهمية فقط ، في حين أن أشباه الموصلات لها روابط أيونية وتساهمية.
6. تحتوي العوازل على غلاف تكافؤ كامل ، وتحتوي أشباه الموصلات على غلاف تكافؤ مملوء جزئيًا به 4 إلكترونات.
7. 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

1. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b04187?casa_token=Udhvcpd5v4QAAAAA:JLS2H_D2xAnvWgO3b373dzQ-8TOgwXYYyKu5bszsg0-5cJpD0ZAw4JzzkdJFcCTr8JNYJym4qmUROCFQ
2. https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.27.7509