Todos usamos aisladores a diario, desde panhandles 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 electrónicas.
Puntos clave
- Los aisladores son materiales que no conducen bien la electricidad y tienen una alta resistividad, mientras que los semiconductores tienen una resistividad y conductividad moderadas.
- Los semiconductores pueden conducir electricidad bajo ciertas condiciones y se usan en dispositivos electrónicos, mientras que los aislantes se usan para evitar que fluya la electricidad.
- La conductividad de los semiconductores se puede aumentar agregando impurezas mediante dopaje, mientras que los aisladores no se pueden dopar para aumentar su conductividad.
aislante vs Semiconductores
Un gran espacio entre la banda de valencia y la banda de conducción en el aislante impide que los electrones libres conduzcan la electricidad. Por otro lado, los semiconductores tienen menos banda prohibida que los aislantes, que los electrones de alta energía pueden superar.
Aislantes son malos conductores del calor y la electricidad. Su resistencia es muy alta, por lo que la electricidad no puede pasar a través de ellos.
Se utilizan principalmente en el aislamiento de cables de conducción. Forman una barrera entre dos cuerpos conductores para evitar cortocircuitos y accidentes.
Algunos materiales aislantes comunes son papel, madera, caucho, plásticos, etc.
Semiconductores tienen un nivel de conductividad moderado. Su resistencia a la electricidad se puede variar añadiéndole impurezas.
Este proceso se llama dopaje. Una pequeña cantidad de impureza añadida puede conducir a una gran diferencia en la conducción.
Los semiconductores pueden ser puros, como germanio y silicio, o compuestos, como arseniuro de galio o seleniuro de cadmio.
Tabla de comparación
| Parámetros de comparación | Aislante | Semiconductores |
|---|---|---|
| Conductividad | <10 -13 mho/m | Entre 10 -7 al 10 -13 mho/m |
| Portadores de carga mayoritaria | No hay conducción debido a la ausencia de portadores. | Movimiento de electrones y huecos. |
| Nº de electrones de valencia | Su capa de valencia está completa, es decir, 8 electrones. | Tienen cuatro electrones de valencia en la capa más externa. |
| banda prohibida | Hay una enorme banda prohibida de 6eV -10eV | Hay una banda prohibida de 1.1eV |
| banda de valencia | Lleno | parcialmente vacío |
| Banda de conducción | Vacío | Parcialmente lleno |
| Cero absoluto | Aumenta la resistencia | Conviértete en un aislante |
| Resistividad | Alta | Moderado |
| Ejemplo | Caucho, plástico, papel, etc. | Silicio, germanio, arseniuro de galio |
| Aplicaciones | Electrodomésticos, revestimiento de cables, etc. | Circuitos integrados, diodos, resistencias, etc. |
¿Qué es aislante?
Un material que es muy mal conductor del calor o la electricidad se llama aislante. Su nivel de conductancia es muy bajo.
La conducción es la propiedad del fácil flujo de corriente que los atraviesa. Los aisladores tienen una banda de valencia completa de 8 electrones en ellos.
Como resultado, hay una ausencia de portadores libres para conducir la electricidad.
De acuerdo con la teoría de bandas, una enorme banda prohibida de 6eV a 10eV 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 cero absoluta, la resistencia del aislador aumenta. Hay muchos tipos de aislantes, como aislantes de sonido, aislantes térmicos y aislantes eléctricos, dependiendo del campo de uso del material.
Los aisladores de clavija son los primeros aisladores utilizados. El vacío también es un aislante.
Esto se debe al hecho de la ausencia de transportistas allí. Algunos ejemplos de aisladores son caucho, plástico, etc.
¿Qué es Semiconductor?
Un material cuyo nivel de conductancia es intermedio entre conductor y aislante se conoce como semiconductor. El nivel de conductancia se puede alterar agregando varias impurezas al cristal semiconductor.
Hay cristales semiconductores puros como el silicio o el germanio y semiconductores compuestos como el arseniuro de galio o el seleniuro de cadmio.
Hay principalmente dos tipos de semiconductores que tienen grandes aplicaciones en las industrias electrónicas modernas. Son semiconductores intrínsecos (Si y Ge) y semiconductores extrínsecos (tipo n y tipo p).
El semiconductor extrínseco de tipo n se forma añadiendo elementos del grupo III en Si o Ge puros. Estas impurezas se llaman donantes.
El semiconductor extrínseco de tipo p se forma agregando elementos del grupo V en Si o Ge puros. Estas impurezas se conocen como aceptores.
Tienen ambos tipos de portadores, huecos y electrones, que conducen la electricidad. Su conductancia está entre 10-7 al 10-13 mho/m.
Tienen una banda prohibida de energía moderada cubierta por electrones para pasar a la banda de conducción. Su banda de valencia está parcialmente llena con 4 electrones. Tienen un tipo de enlace covalente.
Pierden su propiedad de conductancia a temperatura cero y se convierten en aislantes. Son muy compactos, tienen una aplicación de larga duración y tienen un bajo costo, lo que los hace muy demandados en las tecnologías modernas.
Los semiconductores tienen una gran aplicación en la fabricación de diodos y transistores, MOSFET, etc.
Principales diferencias entre aisladores y Semiconductores
- La diferencia clave entre los aisladores y los semiconductores es su rango de conductividad. La conductancia del aislador es 10-13 mho/m, mientras que los semiconductores tienen una conductancia entre 10-7 al 10-13 mho/m.
- Tienen una banda prohibida de energía diferente; es decir, para semiconductores es 1.2eV y para aisladores es 10eV.
- Los aisladores no tienen portadores en ellos, por lo que no hay conductividad en ellos y, por otro lado, los semiconductores tienen electrones y huecos para conducir.
- A la temperatura del cero absoluto, la resistencia del aislante aumenta, mientras que el semiconductor pierde completamente su conductancia y se comporta como un aislante.
- Los aisladores solo tienen enlaces covalentes, mientras que los semiconductores tienen enlaces iónicos y covalentes.
- Los aisladores tienen una capa de valencia completa y los semiconductores tienen una capa de valencia parcialmente llena con 4 electrones.
- Los aisladores tienen una resistencia muy alta que no permite que la electricidad o el calor fluyan a través de ellos. Aún así, los semiconductores tienen una resistencia moderada, lo que permite el flujo de corriente pero a veces lo bloquea.
Referencia
- 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
Última actualización: 11 de junio de 2023
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Piyush Yadav ha pasado los últimos 25 años trabajando como físico en la comunidad local. Es un físico apasionado por hacer que la ciencia sea más accesible para nuestros lectores. Tiene una licenciatura en Ciencias Naturales y un Diploma de Postgrado en Ciencias Ambientales. Puedes leer más sobre él en su página de biografía.
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