Izolátor vs polovodič: Rozdíl a srovnání

Izolátory používáme každý den každý z nás, od pánví až po nátěry podzemních trubek. Na druhou stranu se polovodičové materiály používají hlavně v elektronických zařízeních a mají velké využití v našem elektronickém průmyslu.

Key Takeaways

1. Izolátory jsou materiály, které špatně vedou elektrický proud a mají vysoký měrný odpor, zatímco polovodiče mají střední měrný odpor a vodivost.
2. Polovodiče mohou za určitých podmínek vést elektřinu a používají se v elektronických zařízeních, zatímco izolátory se používají k zabránění toku elektřiny.
3. Vodivost polovodičů lze zvýšit přidáním nečistot dotováním, zatímco izolanty nelze dotovat pro zvýšení jejich vodivosti.

Izolátor vs Polovodič

Masivní mezera mezi valenčním pruhem a vodivostním pruhem v izolátoru brání volným elektronům ve vedení elektřiny. Na druhé straně mají polovodiče menší bandgap než izolanty, které mohou elektrony s vysokou energií překonat.

Izolátory jsou špatnými vodiči tepla a elektřiny. Jejich odpor je velmi vysoký, takže přes ně nemůže projít elektřina.

Používají se hlavně v izolačních vodičích. Tvoří bariéru mezi dvěma vodivými tělesy, aby se zabránilo zkratu a nehodám.

Některé běžné izolační materiály jsou papír, dřevo, pryžové plasty atd.

Polovodiče mají střední úroveň vodivosti. Jejich odolnost vůči elektřině lze měnit přidáním nečistot.

Tento proces se nazývá doping. Malé množství přidané nečistoty může vést k obrovskému rozdílu ve vedení.

Polovodiče mohou být čisté, jako je germanium a křemík, nebo sloučeniny, jako je arsenid galia nebo selenid kadmia.

Srovnávací tabulka

Parametry srovnání	Izolátor	Polovodič
Vodivost	<10 -13 mho/m	mezi 10 -7 na 10 -13 mho/m
Většina nosičů náboje	Žádné vedení kvůli absenci nosičů	Pohyb elektronů a děr
č. valenčních elektronů	Jejich valenční obal je kompletní, tj. 8 elektronů	Ve vnějším obalu mají čtyři valenční elektrony
Bandgap	Je tam obrovský bandgap 6eV -10eV	Bandgap je 1.1 eV
Valence kapela	Plný	Částečně prázdný
Vodivý pás	Prázdný	Částečně zaplněno
Absolutní nula	Zvyšuje se odpor	Proměňte se v izolant
Rezistivita	Vysoký	Středně
Příklad	Guma, plast, papír atd	Křemík, germanium, arsenid gallia
Aplikace	Domácí spotřebiče, nátěry kabelových vodičů atd	Integrované obvody, diody, rezistory atd

Co je izolátor?

 Materiál, který je velmi špatným vodičem tepla nebo elektřiny, se nazývá an izolátor. Jeho vodivost je velmi nízká.

Vedení je vlastnost snadného toku proudu, který jimi prochází. Izolátory mají v sobě kompletní valenční pásmo 8 elektronů.

V důsledku toho chybí volné nosiče pro vedení elektřiny.

Podle teorie pásem obrovská bandgap 6eV až 10eV neumožňuje elektronům přeskočit z valenčního pásma do pásma vodivosti. Mají vyplněný valenční pás a prázdný vodivý pás.

Mají velmi vysoký odpor, díky kterému jimi neprochází žádný proud. Při zvyšující se teplotě se měrný odpor an izolátor klesá.

Teplota vede ke ztrátě kovalentních vazeb v nich přítomných a zvyšuje počet nosičů v nich.

Při absolutní nulové teplotě se zvyšuje odpor izolantu. Existuje mnoho typů izolátorů, jako jsou zvukové izolátory, tepelné izolátory a elektrické izolátory, v závislosti na oblasti použití materiálu.

Kolíkové izolátory jsou prvními používanými izolátory. Vakuum je také izolant.

To je způsobeno tím, že tam chybí nosiče. Některé příklady izolátorů jsou pryž, plast atd.

Co je polovodič?

Materiál, jehož úroveň vodivosti je mezi vodičem a izolantem, se nazývá polovodič. Úroveň vodivosti lze změnit přidáním několika nečistot do polovodičového krystalu.

Existují čisté polovodičové krystaly jako křemík nebo germanium a složené polovodiče jako arsenid galia nebo selenid kadmia.

Existují hlavně dva typy polovodičů, které mají obrovské uplatnění v moderním elektronickém průmyslu. Jsou to vlastní polovodiče (Si a Ge) a vnější polovodiče (typ n a typ p).

Vnější polovodič typu n vzniká přidáním prvků skupiny III v čistém Si nebo Ge. Tyto nečistoty se nazývají dárci.

Vnější polovodič typu p je vytvořen přidáním prvků skupiny V v čistém Si nebo Ge. Tyto nečistoty jsou známé jako akceptory.

Mají oba typy nosičů, díry a elektrony, které vedou elektřinu. Jejich vodivost se pohybuje mezi 10^-7 na 10^-13 mho/m.

Mají střední energetickou mezeru v pásmu pokrytou elektrony, aby se přesunuly do vodivostního pásma. Jejich valenční pás je částečně vyplněn 4 elektrony. Mají kovalentní typ vazby.

Při nulové teplotě ztrácejí svou vodivost a mění se v izolanty. Jsou velmi kompaktní, mají dlouhou životnost a mají nízkou cenu, což je činí velmi žádanými v moderních technologiích.

Polovodiče mají obrovské uplatnění při výrobě diod a tranzistorů, MOSFET, Etc.

Hlavní rozdíly mezi izolátory a polovodiče

1. Klíčovým rozdílem mezi izolátory a polovodiči je jejich rozsah vodivosti. Vodivost izolátoru je 10^-13 mho/m, zatímco polovodiče mají vodivost mezi 10^-7 do 10-¹³ mho/m.
2. Mají jiný energetický bandgap; to znamená, že pro polovodiče je to 1.2 eV a pro izolanty je to 10 eV.
3. Izolanty v sobě nemají žádné nosiče, takže v nich není žádná vodivost a na druhou stranu polovodiče mají elektrony a díry k vedení.
4. Při absolutní nulové teplotě se zvyšuje odpor vůči izolantu, zatímco polovodič zcela ztrácí svou vodivost a chová se jako izolant
5. Izolátory mají pouze kovalentní vazbu, zatímco polovodiče mají iontovou i kovalentní vazbu.
6. Izolátory mají úplný valenční obal a polovodiče mají částečně vyplněný valenční obal se 4 elektrony.
7. Izolátory mají velmi vysoký odpor, který neumožňuje proudění elektřiny nebo tepla. Přesto mají polovodiče mírný odpor, který umožňuje tok proudu, ale někdy jej blokuje.

Odkaz

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

Poslední aktualizace: 11. června 2023