Diferencia entre aislante y semiconductor (con tabla)

Todos nosotros utilizamos aisladores todos los días, desde los meandros hasta el revestimiento de tuberías subterráneas. Por otro lado, los materiales semiconductores se utilizan principalmente en dispositivos electrónicos y tienen un gran uso en nuestras industrias de electrónica.

Aislador vs Semiconductor

La diferencia entre aisladores y semiconductores es que la tasa de conductividad difiere en ellos. Hay una gran brecha entre la banda de cenefa y la banda de conducción en el aislante que evita que los electrones libres conduzcan la electricidad. Por otro lado, los semiconductores tienen menos banda prohibida en comparación con los aislantes que pueden ser superados por electrones de alta energía.

Aislantes Son malos conductores de calor y electricidad. Su resistencia es muy alta debido a que la electricidad no puede atravesarlos. Se utilizan principalmente para aislar cables de conducción. Forman una barrera entre dos cuerpos conductores para evitar cortocircuitos y accidentes. Algunos materiales aislantes comunes son el papel, la madera, los plásticos de caucho, etc.

Semiconductores tener un nivel de conductividad moderado. Su resistencia a la electricidad se puede variar agregando impurezas. Este proceso se llama dopaje. Una pequeña cantidad de impureza añadida puede provocar una gran diferencia en la conducción. Los semiconductores pueden ser puros como germanio y silicio o pueden ser compuestos como arseniuro de galio o seleniuro de cadmio.

Tabla de comparación entre aislante y semiconductor

Parámetros de comparación  AislanteSemiconductor
Conductividad<10 -13 mho / mEntre 10 -7 a 10 -13 mho / m
Portadores de carga mayoritariaSin conducción por ausencia de portadoresMovimiento de electrones y huecos.
No. de electrones de valenciaSu capa de valencia está completa, es decir, 8 electrones.Tienen 4 electrones de valencia en la capa más externa.
BandgapHay una gran brecha de banda de 6eV -10eVHay una banda prohibida de 1.1eV
banda de valenciaLlenoParcialmente vacio
Banda de conducciónVacíoParcialmente lleno
Cero absolutoLa resistencia aumentaConviértete en un aislante
ResistividadAltoModerar
EjemploCaucho, plástico, papel, etc.Silicio, germanio, arseniuro de galio
AplicacionesElectrodomésticos, revestimiento de cables, etc.Circuitos integrados, diodos, resistencias, etc.

¿Qué es aislante?

 Un material que es un conductor muy pobre de calor o electricidad se llama aislante. Su nivel de conductancia es muy bajo. La conducción es la propiedad del fácil flujo de la corriente que los atraviesa. Los aisladores tienen una banda de valencia completa de 8 electrones. Como resultado, hay una ausencia de transportistas gratuitos para conducir la electricidad.

De acuerdo con la teoría de bandas, existe una gran brecha de banda de 6eV a 10eV que no permite que los electrones salten de la banda de valencia a la banda de conducción. Tienen una banda de valencia llena y una banda de conducción vacía. Tienen una resistencia muy alta por lo que no puede pasar corriente a través de ellos. Al aumentar la temperatura, la resistividad de un aislante disminuye. La temperatura conduce a la pérdida de enlaces covalentes presentes en ellos y aumenta el número de portadores en ellos.

A temperatura de cero absoluto, la resistencia del aislador aumenta. Hay muchos tipos de aislantes, como aislantes de sonido, aislantes térmicos y aislantes eléctricos, según el campo de uso del material. Los aisladores de clavija son los primeros aisladores que se utilizan. El vacío también es un aislante. Esto se debe a la ausencia de transportistas allí. Algunos ejemplos de aisladores son caucho, plástico, etc.

¿Qué es el semiconductor?

Un material cuyo nivel de conductancia es intermedio entre el conductor y el aislante se conoce como semiconductor. El nivel de conductancia se puede alterar agregando una pequeña cantidad de impurezas al cristal semiconductor. Hay cristales semiconductores puros como el silicio o el germanio, así como semiconductores compuestos como el arseniuro de galio o el seleniuro de cadmio.

Existen principalmente dos tipos de semiconductores que tienen grandes aplicaciones en las industrias electrónicas modernas. Son semiconductores intrínsecos (Si y Ge) y semiconductores extrínsecos (tipo ny tipo p). El semiconductor extrínseco de tipo n se forma agregando elementos del grupo III en Si o Ge puro. Estas impurezas se denominan donantes. El semiconductor extrínseco de tipo p se forma agregando elementos del grupo V en Si o Ge puro. Estas impurezas se conocen como aceptores.

Tienen ambos tipos de portadores en ellos que son la electricidad que se conduce tanto por huecos como por electrones. Su conductancia está entre 10-7 a 10-13 mho / m. Tienen una banda prohibida de energía moderada cubierta por electrones para moverse a la banda de conducción. Su banda de valencia está parcialmente llena de 4 electrones. Tienen un tipo de enlace covalente.

A temperatura de cero absoluto, pierden su propiedad de conductancia y se convierten por completo en aislantes. Son muy compactos, tienen una aplicación de larga duración y bajo costo, lo que los hace muy demandados en las tecnologías modernas. Los semiconductores están teniendo una gran aplicación en la fabricación de diodos, transistores MOSFET, etc.

Principales diferencias entre aislante y semiconductor

  1. La diferencia clave entre aisladores y semiconductores es su rango de conductividad. La conductancia del aislante es 10-13 mho / m mientras que los semiconductores tienen una conductancia entre 10-7 a 10-13 mho / m.
  2. Tienen una banda prohibida de energía diferente, es decir, para los semiconductores es de 1,2 eV y para los aislantes, es de 10 eV.
  3. Los aisladores no tienen portadores, por lo que no tienen conductividad y, por otro lado, los semiconductores tienen electrones y agujeros para conducir.
  4. A la temperatura del cero absoluto, la resistencia al aislante aumenta mientras que el semiconductor pierde completamente su conductancia y se comporta como un aislante.
  5. Los aisladores solo tienen enlaces covalentes, mientras que los semiconductores tienen enlaces iónicos y covalentes en ellos.
  6. Los aisladores tienen una capa de valencia completa y los semiconductores tienen una capa de valencia parcialmente llena con 4 electrones.
  7. Los aisladores tienen una resistencia muy alta que no permite que la electricidad o el calor fluya a través de ellos, pero los semiconductores tienen una resistencia moderada que permite el flujo a la corriente pero a veces lo bloquea.

Conclusión

Tanto los aisladores como los semiconductores tienen un gran impacto en nuestra vida diaria. Su diferencia de propiedades los hace útiles en diferentes campos de la vida. Los aisladores se utilizan para interrumpir el flujo de calor, electricidad o sonido de su flujo normal de conducción. Los semiconductores son bajos y compactos y útiles para hacer pequeños elementos de circuito y también tienen una larga vida útil.

Referencia

  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

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