Изоляторы ежедневно используются всеми нами, от ручек кастрюль до покрытия подземных труб. С другой стороны, полупроводниковые материалы в основном используются в электронных устройствах и находят широкое применение в нашей электронной промышленности.
Основные выводы
- Изоляторы — это материалы, которые плохо проводят электричество и имеют высокое удельное сопротивление, в то время как полупроводники имеют умеренное удельное сопротивление и проводимость.
- Полупроводники могут проводить электричество при определенных условиях и используются в электронных устройствах, а изоляторы используются для предотвращения протекания электричества.
- Проводимость полупроводников можно увеличить, добавляя примеси путем легирования, в то время как изоляторы нельзя легировать для увеличения их проводимости.
Изолятор против Полупроводниковое
Огромный зазор между валентной зоной и зоной проводимости в изоляторе препятствует тому, чтобы свободные электроны проводили электричество. С другой стороны, у полупроводников ширина запрещенной зоны меньше, чем у изоляторов, которую могут преодолеть высокоэнергетические электроны.
Изоляторы являются плохими проводниками тепла и электричества. Их сопротивление очень велико, поэтому электрический ток не может проходить через них.
Они в основном используются в изоляции проводящих проводов. Они образуют барьер между двумя проводящими телами для предотвращения короткого замыкания и несчастных случаев.
Некоторыми распространенными изоляционными материалами являются бумага, дерево, резина, пластик и т. д.
Полупроводниковые приборы имеют умеренный уровень проводимости. Их сопротивление электричеству можно варьировать, добавляя в него примеси.
Этот процесс называется допингом. Небольшое количество добавленной примеси может привести к огромной разнице в проводимости.
Полупроводники могут быть чистыми, такими как германий и кремний, или соединениями, такими как арсенид галлия или селенид кадмия.
Сравнительная таблица
| Параметры сравнения | изоляционный материал | Полупроводниковое |
|---|---|---|
| Проводимость | <10 -13 мхо/м | Между 10 -7 в 10 -13 мхо/м |
| Большинство носителей заряда | Нет проводимости из-за отсутствия носителей | Движение электронов и дырок |
| Количество валентных электронов | Их валентная оболочка полная, т.е. 8 электронов | У них четыре валентных электрона на внешней оболочке. |
| ширина зазора | Существует огромная запрещенная зона 6-10 эВ. | Ширина запрещенной зоны составляет 1.1 эВ. |
| Валентная группа | Заполненный | Частично пуст |
| Зона проводимости | пустой | Частично заполнен |
| Полный ноль | Сопротивление увеличивается | Превратиться в изолятор |
| Удельное Сопротивление | High | Умеренная |
| Пример | Резина, пластик, бумага и т.д. | Кремний, германий, арсенид галлия |
| Приложения | Бытовая техника, покрытие кабельных проводов и т.д. | Интегральные схемы, диоды, резисторы и т.д. |
Что такое изолятор?
Вещество, плохо проводящее тепло или электричество, называется изолятор. Его уровень проводимости очень низкий.
Проводимость – это свойство легкого протекания тока через них. Изоляторы имеют полную валентную зону из 8 электронов.
В результате отсутствуют свободные носители для проведения электроэнергии.
Согласно зонной теории, огромная ширина запрещенной зоны от 6 до 10 эВ не позволяет электронам перепрыгивать из валентной зоны в зону проводимости. У них есть заполненная валентная зона и пустая зона проводимости.
Они имеют очень высокое сопротивление, из-за чего через них не может проходить ток. При повышении температуры удельное сопротивление изолятор уменьшается.
Температура приводит к ослаблению имеющихся в них ковалентных связей и увеличению в них числа носителей.
При температуре абсолютного нуля сопротивление изолятора увеличивается. Существует много типов изоляторов, таких как звукоизоляторы, теплоизоляторы и электрические изоляторы, в зависимости от области использования материала.
Штыревые изоляторы - первые используемые изоляторы. Вакуум также является изолятором.
Это связано с отсутствием там перевозчиков. Некоторыми примерами изоляторов являются резина, пластик и т. Д.
Что такое Полупроводник?
Материал, уровень проводимости которого занимает промежуточное положение между проводником и изолятором, известен как полупроводник. Уровень проводимости можно изменить, добавив в полупроводниковый кристалл несколько примесей.
Существуют чистые полупроводниковые кристаллы, такие как кремний или германий, и составные полупроводники, такие как арсенид галлия или селенид кадмия.
В современной электронной промышленности широко применяются два типа полупроводников. Это собственные полупроводники (Si и Ge) и внешние полупроводники (n-типа и p-типа).
Внешний полупроводник n-типа формируется путем добавления элементов группы III в чистый Si или Ge. Эти примеси называются донорами.
Внешний полупроводник p-типа формируется путем добавления элементов группы V в чистый Si или Ge. Эти примеси известны как акцепторы.
У них есть оба типа носителей, дырки и электроны, которые проводят электричество. Их проводимость составляет от 10-7 в 10-13 мхо/м.
У них есть умеренная ширина запрещенной зоны, покрываемая электронами для перехода в зону проводимости. Их валентная зона частично заполнена 4 электронами. Имеют ковалентный тип связи.
Они теряют свойство проводимости при нулевой температуре и превращаются в изоляторы. Они очень компактны, имеют длительный срок службы и низкую стоимость, что делает их очень востребованными в современных технологиях.
Полупроводники находят широкое применение в производстве диодов и транзисторов. МОП-транзистор, и т.д.
Основные различия между изоляторами и полупроводники
- Ключевое различие между изоляторами и полупроводниками заключается в их диапазоне проводимости. Проводимость изолятора 10-13 мОм/м, тогда как полупроводники имеют проводимость между 10-7 к 10-13 мхо/м.
- У них другая ширина запрещенной зоны; то есть для полупроводников это 1.2эВ, а для изоляторов 10эВ.
- В изоляторах нет носителей, поэтому в них нет проводимости, а в полупроводниках, с другой стороны, есть электроны и дырки для проведения.
- При температуре абсолютного нуля сопротивление изолятора увеличивается, тогда как полупроводник полностью теряет свою проводимость и ведет себя как изолятор.
- Изоляторы имеют только ковалентную связь, тогда как полупроводники имеют как ионную, так и ковалентную связь.
- Изоляторы имеют полную валентную оболочку, а полупроводники — частично заполненную валентную оболочку с 4 электронами.
- Изоляторы имеют очень высокое сопротивление, которое не позволяет электричеству или теплу проходить через них. Тем не менее, полупроводники имеют умеренное сопротивление, пропуская ток, но иногда блокируя его.
Справка
- 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
Последнее обновление: 11 июня 2023 г.
Я приложил столько усилий, чтобы написать этот пост в блоге, чтобы предоставить вам ценность. Это будет очень полезно для меня, если вы подумаете о том, чтобы поделиться им в социальных сетях или со своими друзьями/родными. ДЕЛИТЬСЯ ♥️
Пиюш Ядав последние 25 лет работал физиком в местном сообществе. Он физик, увлеченный тем, чтобы сделать науку более доступной для наших читателей. Он имеет степень бакалавра естественных наук и диплом о высшем образовании в области наук об окружающей среде. Подробнее о нем можно прочитать на его био страница.
Замечательная статья. Объяснение разницы между изоляторами и полупроводниками было очень подробным и информативным. Мне очень понравилось читать этот пост.
Полностью согласен с вашей оценкой Zmatthews, объяснение было ясным и кратким. Отличный вклад в тему.
Я считаю, что эта статья является бесценным ресурсом для понимания полупроводников и изоляторов. Описательные объяснения были чрезвычайно полезны.
Я определенно согласен с тобой, Адам Скотт. Описательный характер объяснений сделал это чтение очень полезным.
Лучше и не скажешь, Адам Скотт. Глубина описания была поистине похвальной.
Детальный анализ изоляторов и полупроводников был впечатляющим. Это, безусловно, расширило мое понимание этих материалов и их свойств.
Раздел приложений был особенно информативным. Крайне важно понимать практическое использование таких материалов, как изоляторы и полупроводники, в различных отраслях промышленности.
Абсолютно согласна, Кэти Грин. В статье представлен всеобъемлющий и ценный обзор реального применения этих материалов.
Я поддерживаю ваши мысли, Кэти Грин и Бмаршалл. Отличительной особенностью семинара было практическое понимание использования изоляторов и полупроводников.
Меня не убеждают сравнения, приведенные в этой статье. Похоже, что в этой дискуссии не были полностью отражены сложности полупроводниковых материалов.
Я вынужден с тобой не согласиться, Ггрэм. В статье проделана замечательная работа по изложению различий между этими двумя типами материалов. Сравнения были очень хорошо сформулированы.
В этом посте представлено глубокое сравнение изоляторов и полупроводников. Будучи студентом, изучающим материаловедение, я обнаружил, что это полезное чтение.
Детальное исследование проводимости, запрещенной зоны и валентных зон изоляторов и полупроводников было поистине захватывающим. Эта статья значительно расширила мои знания по этому вопросу.
Да, я согласен с вами обоими. Эта статья определенно подняла уровень обсуждения полупроводников и изоляторов.
Я рад, что я не единственный, кому это интересно! Себастьян Росс, твоя проницательность весьма проницательна. Глубина предоставленной информации была впечатляющей.
Эта статья была поучительной для прочтения. В сравнительной таблице аккуратно суммированы ключевые различия между изоляционными и полупроводниковыми материалами.
Я не могу с тобой полностью согласиться, Киран13. Сравнительная таблица повышает ценность поста.
Эта статья написана предельно ясно. Определения изоляторов и полупроводников были очень четко сформулированы, что сделало их очень доступными для читателей.
Абсолютно, Кэролайн Хантер. Ясность информации в этом посте заслуживает похвалы. Это хорошо сделанная вещь.
Содержание слишком упрощенное. Необходим более глубокий анализ, чтобы по-настоящему оценить нюансы между изоляторами и полупроводниками.
Я позволю себе не согласиться, Батлер Ник. Детальное сравнение позволило получить более глубокое понимание этих материалов. Глубина, конечно, была.