สารกึ่งตัวนำกับตัวนำยิ่งยวด: ความแตกต่างและการเปรียบเทียบ

ประเด็นที่สำคัญ

1. สารกึ่งตัวนำมีค่าการนำไฟฟ้าปานกลาง ในขณะที่ตัวนำยิ่งยวดไม่มีความต้านทานต่อการไหลของกระแสไฟฟ้าที่ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติ
2. ตัวนำยิ่งยวดแสดงให้เห็นถึงเอฟเฟกต์ Meissner โดยขับไล่สนามแม่เหล็กออกจากภายในและแสดงไดอะแมกเนติกที่สมบูรณ์แบบ ในขณะที่เซมิคอนดักเตอร์ไม่แสดงพฤติกรรมนี้
3. เซมิคอนดักเตอร์ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีสารสนเทศ ในขณะที่ตัวนำยิ่งยวดพบการใช้งานในด้านต่างๆ เช่น เครื่อง MRI เครื่องเร่งอนุภาค รถไฟความเร็วสูง และการคำนวณควอนตัมตัวนำยิ่งยวด

เซมิคอนดักเตอร์คืออะไร?

เซมิคอนดักเตอร์เป็นวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าระหว่างตัวนำกับฉนวน พวกเขาทำจากวัสดุเช่นซิลิคอนหรือเจอร์เมเนียมเจือด้วยสิ่งเจือปนเพื่อควบคุมคุณสมบัติทางไฟฟ้า

เซมิคอนดักเตอร์มีความสำคัญต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น ทรานซิสเตอร์ ไดโอด และวงจรรวม นำไปใช้ในการใช้งานต่างๆ เช่น คอมพิวเตอร์ สมาร์ทโฟน โทรทัศน์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ

คุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์นั้นสามารถถูกควบคุมเพื่อควบคุมการไหลของอิเล็กตรอนผ่านพวกมันได้ สิ่งนี้ทำให้พวกเขาเป็นองค์ประกอบสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ เนื่องจากสามารถสลับและขยายสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ รวมถึงจัดเก็บและประมวลผลข้อมูลดิจิทัลได้

เซมิคอนดักเตอร์ได้ปฏิวัติอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กลง เร็วขึ้น และมีประสิทธิภาพมากขึ้นได้ การพัฒนาวงจรรวมของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์หลายตัวบนชิปตัวเดียวถือเป็นเหตุการณ์สำคัญในประวัติศาสตร์อิเล็กทรอนิกส์ เป็นการปูทางไปสู่การพัฒนาคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ สมัยใหม่

ตัวนำยิ่งยวดคืออะไร?

ตัวนำยิ่งยวดเป็นวัสดุที่มีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์เมื่อถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำมาก ซึ่งต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต (Tc) กล่าวอีกนัยหนึ่งคือยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลโดยไม่สูญเสียพลังงาน ไม่เหมือนตัวนำทั่วไปที่กระจายพลังงานเป็นความร้อน

ตัวนำยิ่งยวดถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1911 และตั้งแต่นั้นมา พวกมันก็ได้รับการวิจัยและพัฒนาอย่างกว้างขวางสำหรับการใช้งานต่างๆ วัสดุตัวนำยิ่งยวดที่พบมากที่สุดคือโลหะ เช่น ทองแดง อลูมิเนียม และไนโอเบียม และโลหะผสม เช่น แมกนีเซียมไดโบไรด์ ตัวนำยิ่งยวดช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลได้โดยไม่สูญเสียพลังงาน ทำให้มีประสิทธิภาพสูงในการส่งและกักเก็บพลังงาน

ตัวนำยิ่งยวดจะขับไล่สนามแม่เหล็กออกจากภายใน ซึ่งทำให้มีประโยชน์ในการป้องกันการรบกวนของแม่เหล็ก อุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดสามารถทำงานที่ความเร็วสูงมากและใช้พลังงานน้อยมาก ทำให้เหมาะสำหรับการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลและแอปพลิเคชันคอมพิวเตอร์ควอนตัม

ความแตกต่างระหว่างเซมิคอนดักเตอร์และตัวนำยิ่งยวด

1. สารกึ่งตัวนำมีค่าการนำไฟฟ้าระหว่างตัวนำและฉนวน ในขณะที่ตัวนำยิ่งยวดมีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตที่แน่นอน
2. สารกึ่งตัวนำทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิห้อง ในขณะที่ตัวนำยิ่งยวดต้องการอุณหภูมิที่ต่ำมากเพื่อรักษาสถานะตัวนำยิ่งยวดไว้
3. ตัวนำยิ่งยวดช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลโดยไม่มีความต้านทานเป็นศูนย์ ทำให้มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการส่งและกักเก็บพลังงาน ในเวลาเดียวกัน สารกึ่งตัวนำก็มีความต้านทานอยู่บ้างและมีประสิทธิภาพในการสูญเสียพลังงานน้อยลง
4. สารกึ่งตัวนำถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น คอมพิวเตอร์ โทรทัศน์ และอุปกรณ์ทางการแพทย์ ในขณะที่ตัวนำยิ่งยวดถูกใช้สำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น การส่งกำลัง การลอยด้วยแม่เหล็ก และการคำนวณควอนตัม
5. เซมิคอนดักเตอร์ทำจากซิลิคอนและเจอร์เมเนียม เจือด้วยสิ่งเจือปนเพื่อควบคุมคุณสมบัติทางไฟฟ้า ในทางตรงกันข้าม ตัวนำยิ่งยวดทำจากโลหะ เช่น ทองแดง และโลหะผสม เช่น แมกนีเซียม ไดโบไรด์ ซึ่งมีคุณสมบัติพิเศษที่ทำให้ความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์

การเปรียบเทียบระหว่างเซมิคอนดักเตอร์และตัวนำยิ่งยวด

พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ	อุปกรณ์กึ่งตัวนำ	ตัวนำยิ่งยวด
การนำไฟฟ้า	ระหว่างตัวนำกับฉนวน	ความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต
ข้อกำหนดเรื่องอุณหภูมิ	ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิห้อง	ต้องใช้อุณหภูมิที่ต่ำมากเพื่อรักษาสถานะตัวนำยิ่งยวด
ประสิทธิภาพพลังงาน	มีความต้านทานบ้างและมีประสิทธิภาพน้อยกว่าในแง่ของการสูญเสียพลังงาน	มีประสิทธิภาพสูงในการส่งและกักเก็บพลังงาน
การใช้งาน	ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์	ใช้สำหรับการส่งกำลัง การลอยด้วยแม่เหล็ก และการคำนวณควอนตัม
คุณสมบัติของวัสดุ	โดยทั่วไปจะทำจากวัสดุเช่นซิลิคอนและเจอร์เมเนียม	โดยทั่วไปทำจากโลหะและโลหะผสมที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว

อ้างอิง

1. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed074p1090
2. https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.36.211

อัพเดตล่าสุด : 14 ตุลาคม 2023