Os isoladores são usados diariamente por todos nós, desde os cabos de panela até o revestimento de tubulações subterrâneas. Por outro lado, os materiais semicondutores são usados principalmente em dispositivos eletrônicos e têm grande uso em nossas indústrias eletrônicas.
Principais lições
- Os isolantes são materiais que não conduzem bem a eletricidade e possuem alta resistividade, enquanto os semicondutores possuem resistividade e condutividade moderadas.
- Os semicondutores podem conduzir eletricidade sob certas condições e são usados em dispositivos eletrônicos, enquanto os isoladores são usados para evitar que a eletricidade flua.
- A condutividade dos semicondutores pode ser aumentada pela adição de impurezas por dopagem, enquanto os isoladores não podem ser dopados para aumentar sua condutividade.
Isolador vs Semicondutores
Uma lacuna enorme entre a banda de valência e a banda de condução no isolador impede que os elétrons livres conduzam eletricidade. Por outro lado, os semicondutores têm menos bandgap do que os isolantes, que os elétrons de alta energia podem superar.
Isoladores são maus condutores de calor e eletricidade. Sua resistência é muito alta, então a eletricidade não pode passar por eles.
Eles são usados principalmente no isolamento de fios de condução. Eles formam uma barreira entre dois corpos condutores para evitar curtos-circuitos e acidentes.
Alguns materiais isolantes comuns são papel, madeira, plásticos de borracha, etc.
Semicondutores têm um nível de condutividade moderado. Sua resistência à eletricidade pode ser variada adicionando impurezas a ela.
Esse processo é chamado de doping. Uma pequena quantidade de impureza adicionada pode levar a uma enorme diferença na condução.
Os semicondutores podem ser puros, como germânio e silício, ou compostos, como arsenieto de gálio ou seleneto de cádmio.
Tabela de comparação
| Parâmetros de comparação | Insulator | Semicondutores |
|---|---|---|
| Condutividade | <10 -13 mho/m | entre 10 -7 para 10 -13 mho/m |
| Portadores de carga majoritários | Sem condução devido à ausência de portadores | Movimento de elétrons e buracos |
| Nº de elétrons de valência | Sua camada de valência está completa, ou seja, 8 elétrons | Eles têm quatro elétrons de valência na camada mais externa |
| bandgap | Há um enorme bandgap de 6eV -10eV | Há um bandgap de 1.1eV |
| Banda valence | Cheio | Parcialmente vazio |
| Banda de condução | vazio | Parcialmente preenchido |
| Zero absoluto | A resistência aumenta | Transforme-se em um isolante |
| Resistividade | Alta | Moderado |
| Exemplo | Borracha, plástico, papel, etc | Silício, germânio, arsenieto de gálio |
| Aplicações | Eletrodomésticos, revestimento de fios de cabos, etc. | Circuitos integrados, diodos, resistores, etc. |
O que é isolador?
Um material que é um mau condutor de calor ou eletricidade é chamado de isolador. Seu nível de condutância é muito baixo.
A condução é a propriedade do fluxo fácil de corrente através deles. Isoladores têm uma banda de valência completa de 8 elétrons neles.
Como resultado, há uma ausência de portadores livres para conduzir eletricidade.
De acordo com a teoria da banda, um enorme bandgap de 6eV a 10eV não permite que os elétrons saltem da banda de valência para a banda de condução. Eles têm uma banda de valência preenchida e uma banda de condução vazia.
Eles têm uma resistência muito alta, por causa da qual nenhuma corrente pode passar por eles. Com o aumento da temperatura, a resistividade de um isolador diminui.
A temperatura leva à perda de ligações covalentes presentes neles e aumenta o número de portadores neles.
Na temperatura do zero absoluto, a resistência do isolador aumenta. Existem muitos tipos de isolantes, como isolantes acústicos, isolantes térmicos e isolantes elétricos, dependendo do campo de aplicação do material.
Os isoladores de pinos são os primeiros isoladores usados. Um vácuo também é um isolante.
Isso se deve ao fato da ausência de portadores ali. Alguns exemplos de isolantes são borracha, plástico, etc.
O que é Semicondutor?
Um material cujo nível de condutância é intermediário entre o condutor e o isolante é conhecido como semicondutor. O nível de condutância pode ser alterado pela adição de várias impurezas ao cristal semicondutor.
Existem cristais semicondutores puros como silício ou germânio e semicondutores compostos como arsenieto de gálio ou seleneto de cádmio.
Existem principalmente dois tipos de semicondutores com grandes aplicações nas indústrias eletrônicas modernas. Eles são semicondutores intrínsecos (Si e Ge) e semicondutores extrínsecos (tipo n e tipo p).
O semicondutor extrínseco tipo n é formado pela adição de elementos do grupo III em Si ou Ge puro. Essas impurezas são chamadas de doadoras.
O semicondutor extrínseco tipo p é formado pela adição de elementos do grupo V em Si ou Ge puro. Essas impurezas são conhecidas como aceitadores.
Eles têm dois tipos de portadores, buracos e elétrons, que conduzem eletricidade. Sua condutância está entre 10-7 para 10-13 mho/m.
Eles têm uma lacuna de banda de energia moderada coberta por elétrons para se mover para a banda de condução. Sua banda de valência é parcialmente preenchida com 4 elétrons. Eles têm um tipo de ligação covalente.
Eles perdem sua propriedade de condutância em temperatura zero e se transformam em isolantes. São muito compactos, têm longa vida útil e baixo custo, o que os torna muito procurados nas tecnologias modernas.
Os semicondutores têm uma enorme aplicação na fabricação de diodos e transistores, MOSFET, etc.
Principais Diferenças Entre Isoladores e Semicondutores
- A principal diferença entre isolantes e semicondutores é sua faixa de condutividade. A condutância do isolante é 10-13 mho/m, enquanto os semicondutores têm condutância entre 10-7 para 10-13 mho/m.
- Eles têm um intervalo de energia diferente; ou seja, para semicondutores é 1.2eV e para isolantes é 10eV.
- Os isoladores não possuem portadores, portanto não há condutividade neles e, por outro lado, os semicondutores possuem elétrons e buracos para conduzir.
- Na temperatura do zero absoluto, a resistência ao isolante aumenta, enquanto o semicondutor perde completamente sua condutância e se comporta como um isolante
- Os isolantes têm apenas ligações covalentes, enquanto os semicondutores têm ligações iônicas e covalentes.
- Os isolantes têm uma camada de valência completa e os semicondutores têm uma camada de valência parcialmente preenchida com 4 elétrons.
- Os isoladores têm uma resistência muito alta que não permite que a eletricidade ou o calor fluam através deles. Ainda assim, os semicondutores têm uma resistência moderada, permitindo o fluxo para a corrente, mas às vezes bloqueando-a.
Referência
- 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 atualização: 11 de junho de 2023
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Piyush Yadav passou os últimos 25 anos trabalhando como físico na comunidade local. Ele é um físico apaixonado por tornar a ciência mais acessível aos nossos leitores. Ele é bacharel em Ciências Naturais e pós-graduado em Ciências Ambientais. Você pode ler mais sobre ele em seu página bio.
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