Chất cách điện được tất cả chúng ta sử dụng hàng ngày, từ cán xoong đến lớp phủ đường ống ngầm. Mặt khác, vật liệu bán dẫn chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị điện tử và có công dụng tuyệt vời trong ngành công nghiệp điện tử của chúng ta.
Các nội dung chính
- Chất cách điện là vật liệu không dẫn điện tốt và có điện trở suất cao, trong khi chất bán dẫn có điện trở suất và độ dẫn điện vừa phải.
- Chất bán dẫn có thể dẫn điện trong những điều kiện nhất định và được sử dụng trong các thiết bị điện tử, trong khi chất cách điện được sử dụng để ngăn dòng điện chạy qua.
- Độ dẫn của chất bán dẫn có thể tăng lên bằng cách thêm tạp chất thông qua pha tạp, trong khi chất cách điện không thể pha tạp để tăng độ dẫn của chúng.
Chất cách điện vs Semiconductor
Khoảng cách lớn giữa dải hóa trị và dải dẫn trong chất cách điện ngăn các electron tự do dẫn điện. Mặt khác, chất bán dẫn có ít vùng cấm hơn chất cách điện, điều mà các electron năng lượng cao có thể vượt qua.
Cách điện là chất dẫn nhiệt và điện kém. Điện trở của chúng rất cao nên dòng điện không thể truyền qua chúng.
Chúng chủ yếu được sử dụng trong dây dẫn cách điện. Chúng tạo thành một rào cản giữa hai vật thể dẫn điện để tránh đoản mạch và tai nạn.
Một số vật liệu cách điện phổ biến là giấy, gỗ, nhựa cao su, v.v.
Chất bán dẫn có độ dẫn điện vừa phải. Khả năng chống điện của chúng có thể thay đổi bằng cách thêm các tạp chất vào trong đó.
Quá trình này được gọi là pha tạp. Một lượng nhỏ tạp chất được thêm vào có thể dẫn đến sự khác biệt lớn về độ dẫn.
Các chất bán dẫn có thể là tinh khiết như gecmani và silic, hoặc các hợp chất, chẳng hạn như gali arsenua hoặc cadmium selenua.
Bảng so sánh
| Các thông số so sánh | insulator | Semiconductor |
|---|---|---|
| Độ dẫn | <10 -13 tháng/tháng | Giữa 10 -7 để 10 -13 tháng/tháng |
| Đa số các nhà cung cấp dịch vụ | Không dẫn điện do không có hạt tải điện | Chuyển động của electron và lỗ trống |
| Số electron hóa trị | Vỏ hóa trị của chúng đã hoàn thành, tức là 8 electron | Chúng có bốn electron hóa trị ở lớp vỏ ngoài cùng |
| Khoảng cách ban nhạc | Có một vùng cấm lớn 6eV -10eV | Có một vùng cấm là 1.1eV |
| dải hóa trị | Đầy | trống một phần |
| Dải dẫn | Trống | Một phần đầy |
| Không tuyệt đối | Sức đề kháng tăng | Biến thành chất cách điện |
| Điện trở suất | Cao | Trung bình |
| Ví dụ | Cao su, nhựa, giấy, vv | Silic, gecmani, gali arsenua |
| Ứng dụng | Thiết bị gia dụng, lớp phủ của dây cáp, vv | Mạch tích hợp, điốt, điện trở, vv |
Insulator là gì?
Vật liệu dẫn nhiệt hoặc dẫn điện rất kém được gọi là chất cách điện. Mức độ dẫn điện của nó rất thấp.
Tính dẫn điện là tính chất của dòng điện chạy qua chúng dễ dàng. Chất cách điện có một dải hóa trị hoàn chỉnh gồm 8 electron trong đó.
Kết quả là không có hạt tải điện tự do dẫn điện.
Theo lý thuyết dải, một vùng cấm khổng lồ từ 6eV đến 10eV không cho phép các electron nhảy từ dải hóa trị lên dải dẫn. Chúng có vùng hóa trị đầy và vùng dẫn trống.
Chúng có điện trở rất cao nên không có dòng điện nào có thể chạy qua chúng. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất của chất cách điện giảm.
Nhiệt độ làm mất liên kết cộng hóa trị có trong chúng và làm tăng số lượng hạt tải điện trong chúng.
Ở nhiệt độ không độ tuyệt đối, điện trở của chất cách điện tăng lên. Có nhiều loại chất cách điện, chẳng hạn như chất cách âm, chất cách nhiệt và chất cách điện, tùy thuộc vào lĩnh vực sử dụng vật liệu.
Pin cách điện là chất cách điện đầu tiên được sử dụng. Chân không cũng là một chất cách điện.
Điều này là do thực tế là không có tàu sân bay ở đó. Một số ví dụ về chất cách điện là cao su, nhựa, v.v.
Chất bán dẫn là gì?
Một vật liệu có mức dẫn điện trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện được gọi là chất bán dẫn. Mức độ dẫn điện có thể được thay đổi bằng cách thêm một số tạp chất vào tinh thể bán dẫn.
Có các tinh thể bán dẫn tinh khiết như silicon hoặc gecmani và các chất bán dẫn hỗn hợp như gali arsenua hoặc cadmium selenua.
Chủ yếu có hai loại chất bán dẫn có ứng dụng rất lớn trong các ngành công nghiệp điện tử hiện đại. Chúng là chất bán dẫn bên trong (Si và Ge) và chất bán dẫn bên ngoài (loại n và loại p).
Chất bán dẫn bên ngoài loại n được hình thành bằng cách thêm các nguyên tố nhóm III vào Si hoặc Ge tinh khiết. Những tạp chất này được gọi là các nhà tài trợ.
Chất bán dẫn bên ngoài loại p được hình thành bằng cách thêm các nguyên tố nhóm V trong Si hoặc Ge tinh khiết. Những tạp chất này được gọi là chất chấp nhận.
Chúng có cả hai loại hạt tải điện là lỗ trống và electron dẫn điện. Độ dẫn điện của chúng nằm trong khoảng 10-7 để 10-13 mho/m.
Chúng có một vùng cấm năng lượng vừa phải được bao phủ bởi các điện tử để di chuyển lên vùng dẫn. Dải hóa trị của chúng được lấp đầy một phần với 4 electron. Chúng có kiểu liên kết cộng hóa trị.
Chúng mất tính chất dẫn điện ở nhiệt độ bằng không và biến thành chất cách điện. Chúng rất nhỏ gọn, có ứng dụng lâu dài và có chi phí thấp, khiến chúng rất được ưa chuộng trong các công nghệ hiện đại.
Chất bán dẫn có một ứng dụng rất lớn trong việc chế tạo điốt và bóng bán dẫn, MOSFE, Vv
Sự khác biệt chính giữa chất cách điện và chất bán dẫn
- Sự khác biệt chính giữa chất cách điện và chất bán dẫn là phạm vi dẫn điện của chúng. Độ dẫn điện của chất cách điện là 10-13 mho/m, trong khi chất bán dẫn có độ dẫn từ 10-7 đến 10-13 mho/m.
- Họ có một dải năng lượng khác nhau; nghĩa là, đối với chất bán dẫn, nó là 1.2eV và đối với chất cách điện, nó là 10eV.
- Chất cách điện không có bất kỳ hạt tải điện nào bên trong nên không có tính dẫn điện trong đó, mặt khác chất bán dẫn có các electron và lỗ trống để dẫn điện.
- Ở nhiệt độ không độ tuyệt đối, điện trở của chất cách điện tăng lên, trong khi chất bán dẫn mất hoàn toàn tính dẫn điện và hoạt động như một chất cách điện
- Chất cách điện chỉ có liên kết cộng hóa trị, còn chất bán dẫn có cả liên kết ion và cộng hóa trị.
- Chất cách điện có lớp vỏ hóa trị hoàn chỉnh và chất bán dẫn có lớp vỏ hóa trị được lấp đầy một phần với 4 electron.
- Chất cách điện có điện trở rất cao không cho phép dòng điện hoặc nhiệt chạy qua chúng. Tuy nhiên, chất bán dẫn có điện trở vừa phải, cho phép dòng điện chạy qua nhưng đôi khi chặn nó.
Tài liệu tham khảo
- 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
Tôi đã nỗ lực rất nhiều để viết bài đăng trên blog này nhằm cung cấp giá trị cho bạn. Nó sẽ rất hữu ích cho tôi, nếu bạn cân nhắc chia sẻ nó trên mạng xã hội hoặc với bạn bè/gia đình của bạn. CHIA SẺ LÀ ♥️
