Me kõik kasutame isolaatoreid iga päev, alates pannkäepidemetest kuni maa-aluste torude katmiseni. Teisest küljest kasutatakse pooljuhtmaterjale peamiselt elektroonikaseadmetes ja neid kasutatakse meie elektroonikatööstuses palju.
Võtme tagasivõtmine
- Isolaatorid on materjalid, mis ei juhi hästi elektrit ja millel on suur eritakistus, pooljuhtidel aga mõõdukas eritakistus ja juhtivus.
- Pooljuhid võivad teatud tingimustel elektrit juhtida ja neid kasutatakse elektroonikaseadmetes, isolaatoreid aga elektrivoolu takistamiseks.
- Pooljuhtide juhtivust saab suurendada lisandite lisamisega läbi legeerimise, samas kui isolaatoreid ei saa nende juhtivuse suurendamiseks legeerida.
Isolaator vs Semiconductor
Massiivne tühimik isolaatori kaitseriba ja juhtivusriba vahel ei lase vabadel elektronidel elektrit juhtida. Teisest küljest on pooljuhtide ribalaius väiksem kui isolaatoritel, millest kõrge energiaga elektronid üle saavad.
Isolaatorid on halvad soojus- ja elektrijuhid. Nende takistus on väga kõrge, nii et elekter ei pääse neist läbi.
Neid kasutatakse peamiselt isoleerivates juhtivusjuhtmetes. Need moodustavad tõkke kahe juhtiva keha vahel, et vältida lühiseid ja õnnetusi.
Mõned levinumad isoleermaterjalid on paber, puit, kummiplast jne.
Pooljuhid neil on mõõdukas juhtivuse tase. Nende vastupidavust elektrile saab muuta, lisades sinna lisandeid.
Seda protsessi nimetatakse dopinguks. Väike kogus lisatud lisandeid võib viia tohutu juhtivuse erinevuseni.
Pooljuhid võivad olla puhtad, nagu germaanium ja räni, või ühendid, nagu galliumarseniid või kaadmiumseleniid.
Võrdlustabel
| Võrdlusparameetrid | isolaator | Semiconductor |
|---|---|---|
| Juhtivus | <10 -13 mho/m | 10i vahel -7 to 10 -13 mho/m |
| Enamus laengukandjaid | Juhtivus puudub kandjate puudumise tõttu | Elektronide ja aukude liikumine |
| Valentselektronide arv | Nende valentskiht on täielik, st 8 elektroni | Nende välimises kestas on neli valentselektroni |
| Bandgap | Seal on tohutu ribalaius 6eV -10eV | Ribalaega on 1.1 eV |
| Valentsi bänd | Täidetud | Osaliselt tühi |
| Juhtimisriba | Tühi | Osaliselt täidetud |
| Absoluutne null | Vastupidavus suureneb | Muutke isolaatoriks |
| Vastupidavus | Suur | Mõõdukas |
| Näide | Kumm, plastik, paber jne | Räni, germaanium, galliumarseniid |
| Rakendused | Kodutehnika, kaablijuhtmete katmine jne | Integraallülitused, dioodid, takistid jne |
Mis on isolaator?
Materjali, mis juhib väga halvasti soojust või elektrit, nimetatakse an isolaator. Selle juhtivuse tase on väga madal.
Juhtivus on omadus, et vool läbib neid hõlpsalt. Isolaatorites on täielik 8 elektronist koosnev valentsriba.
Selle tulemusena puuduvad vabad kandjad elektri juhtimiseks.
Ribateooria kohaselt ei võimalda tohutu ribalaius 6eV kuni 10eV elektronidel hüpata valentsribalt juhtivusribale. Neil on täidetud valentsriba ja tühi juhtivusriba.
Neil on väga suur takistus, mille tõttu ei saa vool läbi neid. Temperatuuri tõustes suureneb an isolaator väheneb.
Temperatuur põhjustab neis esinevate kovalentsete sidemete kadumise ja suurendab neis olevate kandjate arvu.
Absoluutsel nulltemperatuuril isolaatori takistus suureneb. Sõltuvalt materjali kasutusvaldkonnast on isolaatoreid mitut tüüpi, näiteks heliisolaatorid, soojusisolaatorid ja elektriisolaatorid.
Pin-isolaatorid on esimesed kasutatud isolaatorid. Vaakum on ka isolaator.
See on tingitud asjaolust, et seal pole vedajaid. Mõned isolaatorite näited on kumm, plast jne.
Mis on pooljuht?
Materjali, mille juhtivuse tase on juhi ja isolaatori vahepealne, nimetatakse pooljuhiks. Juhtivuse taset saab muuta, lisades pooljuhtkristallidele mitmeid lisandeid.
On puhtaid pooljuhtkristalle nagu räni või germaanium ja liitpooljuhte nagu galliumarseniid või kaadmiumseleniid.
Kaasaegses elektroonikatööstuses on peamiselt kahte tüüpi pooljuhte. Need on sisemised pooljuhid (Si ja Ge) ja välised pooljuhid (n-tüüpi ja p-tüüpi).
N-tüüpi väline pooljuht moodustatakse III rühma elementide lisamisega puhtas Si või Ge-s. Neid lisandeid nimetatakse doonoriteks.
P-tüüpi väline pooljuht moodustatakse V rühma elementide lisamisega puhtas Si või Ge-s. Neid lisandeid nimetatakse aktseptoriteks.
Neil on mõlemat tüüpi kandjad, augud ja elektronid, mis juhivad elektrit. Nende juhtivus on vahemikus 10-7 to 10-13 mho/m.
Juhtivusribale liikumiseks on neil mõõdukas energiariba vahe, mis on kaetud elektronidega. Nende valentsriba on osaliselt täidetud 4 elektroniga. Neil on kovalentne side.
Nad kaotavad nulltemperatuuril oma juhtivuse ja muutuvad isolaatoriteks. Need on väga kompaktsed, pika kasutuseaga ja madalate kuludega, mistõttu on need kaasaegses tehnoloogias väga nõudlikud.
Pooljuhtidel on tohutu rakendus dioodide ja transistoride valmistamisel, MOSFETJne
Peamised erinevused isolaatorite vahel ja pooljuhid
- Peamine erinevus isolaatorite ja pooljuhtide vahel on nende juhtivuse ulatus. Isolaatori juhtivus on 10-13 mho / m, samas kui pooljuhtide juhtivus on vahemikus 10-7 kuni 10-13 mho/m.
- Neil on erinev energiariba; see tähendab, et pooljuhtidel on see 1.2 eV ja isolaatoritel 10 eV.
- Isolaatorites ei ole kandjaid, seega puudub neis juhtivus ja teisest küljest on pooljuhtidel elektronid ja augud, mida juhtida.
- Absoluutsel nulltemperatuuril suureneb takistus isolaatorile, pooljuht aga kaotab täielikult oma juhtivuse ja käitub isolaatorina
- Isolaatoritel on ainult kovalentne side, samas kui pooljuhtidel on nii ioonne kui ka kovalentne side.
- Isolaatoritel on täielik valentskiht ja pooljuhtidel on osaliselt täidetud valentskiht 4 elektroniga.
- Isolaatoritel on väga suur takistus, mis ei lase elektril ega soojusel neist läbi voolata. Siiski on pooljuhtidel mõõdukas takistus, mis võimaldab voolu voolu, kuid mõnikord blokeerib selle.
Viide
- 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
Viimati värskendatud: 11. juunil 2023
Olen selle blogipostituse kirjutamisega nii palju vaeva näinud, et teile väärtust pakkuda. See on mulle väga kasulik, kui kaalute selle jagamist sotsiaalmeedias või oma sõprade/perega. JAGAMINE ON ♥️
Piyush Yadav on viimased 25 aastat töötanud kohalikus kogukonnas füüsikuna. Ta on füüsik, kelle kirg on muuta teadus meie lugejatele kättesaadavamaks. Tal on loodusteaduste bakalaureusekraad ja keskkonnateaduste magistrikraad. Tema kohta saate tema kohta rohkem lugeda bio-leht.
Imeline artikkel. Isolaatorite ja pooljuhtide erinevuse selgitus oli väga üksikasjalik ja informatiivne. Nautisin selle postituse lugemist täiega.
Nõustun täielikult teie Zmatthewsi hinnanguga, seletus oli selge ja lühike. Suur panus teemasse.
Leidsin, et see artikkel on hindamatu ressurss pooljuhtide ja isolaatorite mõistmiseks. Kirjeldavad selgitused olid väga kasulikud.
Olen sinuga kindlasti nõus, Adam Scott. Selgituste kirjeldav iseloom tegi sellest väga rikastava lugemise.
Poleks saanud paremini öelda, Adam Scott. Kirjeldav sügavus oli tõeliselt kiiduväärt.
Isolaatorite ja pooljuhtide üksikasjalik analüüs oli muljetavaldav. See on kindlasti avardanud minu arusaamist nendest materjalidest ja nende omadustest.
Rakenduste jaotis oli eriti läbinägelik. Väga oluline on mõista materjalide, nagu isolaatorid ja pooljuhid, praktilist kasutamist erinevates tööstusharudes.
Absoluutselt nõus, Katie Green. Artikkel andis põhjaliku ja väärtusliku ülevaate nende materjalide reaalsetest rakendustest.
Toetan teie mõtteid, Katie Green ja Bmarshall. Praktilised teadmised isolaatorite ja pooljuhtide kasutusviisidest olid silmapaistvad.
Selles artiklis toodud võrdlused mind ei veena. Näib, et pooljuhtmaterjalide keerukust selles arutelus täielikult ei käsitletud.
Ma pean sinuga eriarvamusele jääma, Ggraham. Artikkel tegi imetlusväärse töö nende kahe materjalitüübi erinevuste väljatoomisel. Võrdlused olid väga hästi sõnastatud.
See postitus andis põhjaliku võrdluse isolaatorite ja pooljuhtide vahel. Materjaliteaduse üliõpilasena leidsin, et see on rikastav lugemine.
Isolaatorite ja pooljuhtide juhtivuste, ribalaiuste ja valentsribade üksikasjalik jaotus oli tõeliselt põnev. See artikkel on minu teadmisi sellel teemal oluliselt laiendanud.
Jah, ma nõustun teie mõlemaga. See artikkel on kindlasti tõstnud pooljuhtide ja isolaatorite teemalist arutelu.
Mul on hea meel, et ma pole ainuke, kellele see huvitav tundus! Sebastian Ross, teie arusaamad on üsna nutikad. Esitatud teabe sügavus oli muljetavaldav.
See artikkel oli hariv lugemine. Võrdlustabelis on hästi kokku võetud peamised erinevused isolaatori ja pooljuhtmaterjalide vahel.
Ma ei saaks sinuga enam nõustuda, Kieran13. Võrdlustabel lisab postitusele märkimisväärset väärtust.
See artikkel on kirjutatud ülima selgusega. Isolaatorite ja pooljuhtide määratlused olid väga hästi liigendatud, muutes need lugejatele hästi kättesaadavaks.
Absoluutselt, Caroline Hunter. Info selgus selles postituses oli kiiduväärt. See on hästi valmistatud tükk.
Sisu on liiga lihtsustatud. Isolaatorite ja pooljuhtide vaheliste nüansside tõeliseks mõistmiseks on vaja põhjalikumat analüüsi.
Ma palun eriarvamust, Butler Nick. Üksikasjalik võrdlus andis nendest materjalidest nüansirikka arusaama. Sügavus oli kindlasti olemas.