Halbleiter vs. Supraleiter: Unterschied und Vergleich

Key Take Away

1. Halbleiter haben eine mäßige elektrische Leitfähigkeit, während Supraleiter dem Fluss von elektrischem Strom unterhalb einer kritischen Temperatur keinen Widerstand entgegensetzen.
2. Supraleiter zeigen den Meissner-Effekt, indem sie Magnetfelder aus ihrem Inneren vertreiben und perfekten Diamagnetismus zeigen, während Halbleiter dieses Verhalten nicht zeigen.
3. Halbleiter werden häufig in der Elektronik und Informationstechnologie eingesetzt, während Supraleiter in Bereichen wie MRT-Geräten, Teilchenbeschleunigern, Hochgeschwindigkeitszügen und supraleitendem Quantencomputing Anwendung finden.

Was sind Halbleiter?

Halbleiter sind Materialien, deren elektrische Leitfähigkeit zwischen der eines Leiters und der eines Isolators liegt. Sie bestehen aus Materialien wie Silizium oder Germanium, die mit Verunreinigungen dotiert sind, um ihre elektrischen Eigenschaften zu steuern.

Halbleiter sind für elektronische Geräte wie Transistoren, Dioden und integrierte Schaltkreise unverzichtbar. Sie werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, darunter Computer, Smartphones, Fernseher, medizinische Geräte und andere elektronische Geräte.

Die Eigenschaften von Halbleitern sind so beschaffen, dass sie manipuliert werden können, um den Elektronenfluss durch sie zu steuern. Damit sind sie ein zentraler Bestandteil moderner Elektronik, da sie elektronische Signale schalten und verstärken sowie digitale Informationen speichern und verarbeiten können.

Halbleiter haben die Elektronikindustrie revolutioniert und die Entwicklung kleinerer, schnellerer und effizienterer Geräte ermöglicht. Die Entwicklung der integrierten Schaltung mehrerer Halbleiterbauelemente auf einem einzigen Chip war ein wichtiger Meilenstein in der Geschichte der Elektronik. Es ebnete den Weg für die Entwicklung moderner Computer und anderer elektronischer Geräte.

Was sind Supraleiter?

Supraleiter sind Materialien ohne elektrischen Widerstand, wenn sie auf extrem niedrige Temperaturen unterhalb einer kritischen Temperatur (Tc) abgekühlt werden. Mit anderen Worten: Sie ermöglichen den Fluss von elektrischem Strom ohne Energieverlust, im Gegensatz zu herkömmlichen Leitern, die Energie als Wärme abgeben.

Supraleiter wurden erstmals 1911 entdeckt und seitdem intensiv erforscht und für verschiedene Anwendungen entwickelt. Die häufigsten supraleitenden Materialien sind Metalle wie Kupfer, Aluminium und Niob sowie Legierungen wie Magnesiumdiborid. Supraleiter ermöglichen den Fluss von elektrischem Strom ohne Energieverlust, was sie für die Energieübertragung und -speicherung äußerst effizient macht.

Supraleiter vertreiben Magnetfelder aus ihrem Inneren und eignen sich daher gut zur Abschirmung gegen magnetische Störungen. Supraleitende Geräte können mit extrem hohen Geschwindigkeiten arbeiten und verbrauchen sehr wenig Strom, was sie ideal für digitale Signalverarbeitung und Quantencomputeranwendungen macht.

Unterschied zwischen Halbleitern und Supraleitern

1. Halbleiter haben eine elektrische Leitfähigkeit zwischen einem Leiter und einem Isolator, während Supraleiter unterhalb einer bestimmten kritischen Temperatur keinen elektrischen Widerstand mehr haben.
2. Halbleiter arbeiten effektiv bei Raumtemperatur, während Supraleiter extrem niedrige Temperaturen benötigen, um ihren supraleitenden Zustand aufrechtzuerhalten.
3. Supraleiter ermöglichen den Fluss von elektrischem Strom ohne Widerstand, was sie für die Energieübertragung und -speicherung äußerst effizient macht. Gleichzeitig haben Halbleiter einen gewissen Widerstand und sind beim Energieverlust weniger effizient.
4. Halbleiter werden häufig in elektronischen Geräten wie Computern, Fernsehgeräten und medizinischen Geräten verwendet, während Supraleiter für Anwendungen wie Energieübertragung, Magnetschwebebahn und Quantencomputer verwendet werden.
5. Halbleiter bestehen aus Silizium und Germanium und werden zur Steuerung ihrer elektrischen Eigenschaften mit Verunreinigungen dotiert. Im Gegensatz dazu bestehen Supraleiter aus Metallen wie Kupfer und Legierungen wie Magnesiumdiborid, die einzigartige Eigenschaften haben, die einen elektrischen Widerstand von Null ermöglichen.

Vergleich zwischen Halbleitern und Supraleitern

Vergleichsparameter	Halbleiter	Supraleiter
Elektrische Leitfähigkeit	Zwischen dem eines Leiters und eines Isolators	Null elektrischer Widerstand unterhalb einer kritischen Temperatur
Temperaturanforderungen	Bei Raumtemperatur effektiv arbeiten	Erfordern extrem niedrige Temperaturen, um einen supraleitenden Zustand aufrechtzuerhalten
Energieeffizienz	Etwas Widerstand und weniger effizient im Hinblick auf den Energieverlust	Hocheffizient für Stromübertragung und -speicherung
Anwendungen	Wird häufig in elektronischen Geräten verwendet	Wird für Kraftübertragung, Magnetschwebebahn und Quantencomputer verwendet
Materialeigenschaften	Typischerweise aus Materialien wie Silizium und Germanium hergestellt	Typischerweise aus Metallen und Legierungen mit einzigartigen Eigenschaften hergestellt

Literaturhinweise

1. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed074p1090
2. https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.36.211