絶縁体は、パンハンドルから地下パイプコーティングまで、私たち全員が毎日使用しています。 一方、半導体材料は主に電子機器に使用され、私たちのエレクトロニクス産業で大いに活用されています。
主要な取り組み
- 絶縁体は電気をうまく伝導せず、抵抗率が高い材料ですが、半導体は中程度の抵抗率と導電率を持っています。
- 一定の条件下で電気を通す半導体は電子機器に使われ、絶縁体は電気が流れないようにするために使われます。
- 半導体の導電率は、ドーピングによって不純物を追加することで高めることができますが、絶縁体は導電率を高めるためにドーピングすることはできません。
絶縁体対 半導体
絶縁体の価電子帯と伝導帯の間の大きなギャップは、自由電子が電気を伝導するのを防ぎます。 一方、半導体は絶縁体よりもバンドギャップが小さく、エネルギーの高い電子が克服できます。
ガイシ 熱と電気の悪い伝導体です。 それらの抵抗は非常に高いため、電気はそれらを通過できません。
それらは主に導線の絶縁に使用されます。 それらは、短絡や事故を防ぐために、XNUMX つの導電体の間に障壁を形成します。
一般的な断熱材には、紙、木材、ゴム、プラスチックなどがあります。
半導体関連装置 中程度の導電性レベルを持っています。 不純物を加えることで電気抵抗を変えることができます。
このプロセスはドーピングと呼ばれます。 少量の不純物を加えると、伝導に大きな違いが生じる可能性があります。
半導体は、ゲルマニウムやシリコンなどの純粋な半導体、またはガリウム砒素やセレン化カドミウムなどの化合物です。
比較表
| 比較のパラメータ | 絶縁体 | 半導体 |
|---|---|---|
| 伝導度 | <10 -13 モー/m | 10間 -7 10へ -13 モー/m |
| 多数電荷担体 | キャリアがないため伝導しない | 電子と正孔の移動 |
| 価電子数 | それらの原子価殻は完全である、すなわち 8 個の電子 | それらは最外殻にXNUMXつの価電子を持っています |
| バンドギャップ | 6eV -10eV の巨大なバンドギャップがあります。 | 1.1eVのバンドギャップがあります |
| 価電子帯 | 埋め | 部分的に空 |
| 伝導帯 | 空の | 一部埋まっている |
| 絶対零度 | 抵抗が増加する | 絶縁体に変身 |
| 抵抗率 | ハイ | 穏健派 |
| 例 | ゴム、プラスチック、紙など | シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素 |
| アプリケーション | 家電製品、ケーブル線の被覆など | 集積回路、ダイオード、抵抗器など |
インシュレーターとは何ですか？
熱や電気の伝導率が非常に低い材料は、 インシュレータ. そのコンダクタンス レベルは非常に低いです。
伝導は、電流が流れやすいという特性です。 絶縁体には、8 個の電子の完全な価電子帯があります。
その結果、電気を伝導する自由キャリアがなくなります。
バンド理論によれば、6eV から 10eV の巨大なバンドギャップでは、電子が価電子帯から伝導帯にジャンプすることはできません。 それらは、満たされた価電子帯と空の伝導帯を持っています。
絶縁体は非常に高い抵抗を持っているため、電流を流すことができません。温度が上昇すると、絶縁体の抵抗率は低下します。
温度により、それらに存在する共有結合が失われ、キャリアの数が増加します。
絶対零度では、絶縁体の抵抗が増加します。 遮音材、断熱材、電気絶縁材など用途によってさまざまな種類があります。
ピン絶縁体は、使用される最初の絶縁体です。 真空も絶縁体です。
これは、そこにキャリアが存在しないという事実によるものです。 絶縁体の例としては、ゴム、プラスチックなどがあります。
半導体とは？
導体と絶縁体の中間の伝導度を持つ物質を半導体と呼びます。 コンダクタンスレベルは、半導体結晶にいくつかの不純物を追加することによって変更できます。
シリコンやゲルマニウムなどの純粋な半導体結晶と、ガリウムヒ素やセレン化カドミウムなどの化合物半導体があります。
現代のエレクトロニクス産業で巨大な用途を持つ半導体には、主に XNUMX つのタイプがあります。 それらは、真性半導体 (Si および Ge) と外因性半導体 (n 型および p 型) です。
ｎ型外因性半導体は、純粋なＳｉまたはＧｅにＩＩＩ族元素を添加することによって形成される。 これらの不純物はドナーと呼ばれます。
ｐ型外因性半導体は、純粋なＳｉまたはＧｅにＶ族元素を添加することによって形成される。 これらの不純物はアクセプターとして知られています。
それらは、電気を伝導する両方のタイプのキャリア、正孔と電子を持っています。 それらのコンダクタンスは 10 の間です-7 10へ-13 モー/メートル。
それらは、伝導帯に移動する電子によってカバーされる適度なエネルギー バンド ギャップを持っています。 それらの価電子帯は部分的に 4 個の電子で満たされています。 それらは共有結合型の結合を持っています。
それらはゼロ温度で伝導特性を失い、絶縁体に変わります。 それらは非常にコンパクトで、アプリケーションの寿命が長く、低コストであるため、最新のテクノロジーで非常に需要があります。
半導体は、ダイオードやトランジスタの製造に大きな用途があります。 MOSFET, etc.
絶縁体の主な違い と半導体
- 絶縁体と半導体の主な違いは、導電率の範囲です。 絶縁体のコンダクタンスは 10-13 mho/m、半導体のコンダクタンスは 10-7 10に-13 モー/メートル。
- それらは異なるエネルギーバンドギャップを持っています。 つまり、半導体の場合は 1.2eV、絶縁体の場合は 10eV です。
- 絶縁体はキャリアを持たないため導電性がありませんが、半導体は電子と正孔を伝導するためのものです。
- 絶対零度では、絶縁体に対する抵抗が増加しますが、半導体は完全にコンダクタンスを失い、絶縁体として振る舞います。
- 絶縁体には共有結合しかありませんが、半導体にはイオン結合と共有結合の両方があります。
- 絶縁体には完全な原子価殻があり、半導体には 4 つの電子で部分的に満たされた原子価殻があります。
- 絶縁体は抵抗が非常に高く、電気や熱を通しません。 それでも、半導体には適度な抵抗があり、電流を流すことはできますが、場合によっては遮断します。
参照
- 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
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