Izolatory są używane na co dzień przez nas wszystkich, począwszy od żerdzi do powlekania rur podziemnych. Z drugiej strony materiały półprzewodnikowe są używane głównie w urządzeniach elektronicznych i mają ogromne zastosowanie w naszych branżach elektronicznych.
Izolator vs Półprzewodnik
Różnica między izolatorami a półprzewodnikami polega na tym, że współczynnik przewodnictwa jest w nich różny. Pomiędzy pasmem walencyjnym a pasmem przewodnictwa w izolatorze istnieje ogromna przerwa, która uniemożliwia swobodnym elektronom przewodzenie elektryczności. Z drugiej strony półprzewodniki mają mniejszą przerwę energetyczną w porównaniu z izolatorami, które mogą być pokonane przez wysokoenergetyczne elektrony.
Izolatory są słabymi przewodnikami ciepła i elektryczności. Ich opór jest bardzo wysoki, przez co prąd nie może przez nie przejść. Stosowane są głównie w izolowaniu przewodów przewodzących. Tworzą barierę między dwoma ciałami przewodzącymi, aby zapobiec zwarciom i wypadkom. Niektóre popularne materiały izolacyjne to papier, drewno, gumowe tworzywa sztuczne itp.
Półprzewodniki mają umiarkowany poziom przewodności. Ich odporność na elektryczność można zmieniać, dodając do niej zanieczyszczenia. Ten proces nazywa się dopingiem. Niewielka ilość dodanego zanieczyszczenia może prowadzić do ogromnej różnicy w przewodzeniu. Półprzewodniki mogą być czyste, takie jak german i krzem, lub mogą być związkami, takimi jak arsenek galu lub selenek kadmu.
Tabela porównawcza między izolatorem a półprzewodnikiem
| Parametry porównania | Izolator | Półprzewodnik |
| Przewodność | < 10 -13 mho/m | Między 10 -7 do 10 -13 mho/m |
| Większość operatorów opłat | Brak przewodzenia z powodu braku przewoźników | Ruch elektronów i dziur |
| Liczba elektronów walencyjnych | Ich powłoka walencyjna jest kompletna, tj. 8 elektronów | W zewnętrznej powłoce mają 4 elektrony walencyjne |
| Bandgap | Istnieje ogromne pasmo wzbronione 6 eV -10 eV | Istnieje pasmo wzbronione 1,1 eV |
| pasmo walencyjne | Wypełniony | Częściowo pusty |
| Zespół przewodzący | Pusty | Częściowo wypełniony |
| Zero absolutne | Zwiększa odporność | Zamień się w izolator |
| Oporność | Wysoki | Umiarkowany |
| Przykład | Guma, plastik, papier itp. | Krzem, german, arsenek galu |
| Aplikacje | AGD, powlekanie przewodów kablowych itp. | Układy scalone, diody, rezystory itp. |
Co to jest izolator?
Materiał, który jest bardzo słabym przewodnikiem ciepła lub elektryczności, nazywany jest izolatorem. Jego poziom przewodnictwa jest bardzo niski. Przewodzenie jest właściwością łatwego przepływu przez nie prądu. Izolatory mają w sobie pełne pasmo walencyjne 8 elektronów. W rezultacie brak jest wolnych nośników do przewodzenia energii elektrycznej.
Zgodnie z teorią pasmową istnieje ogromna przerwa wzbroniona od 6 eV do 10 eV, która nie pozwala elektronom na przeskakiwanie z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Mają wypełnione pasmo walencyjne i puste pasmo przewodnictwa. Mają bardzo dużą rezystancję, przez co nie może przez nie przepływać żaden prąd. Wraz ze wzrostem temperatury maleje rezystywność izolatora. Temperatura prowadzi do utraty obecnych w nich wiązań kowalencyjnych i zwiększa ilość w nich nośników.
W temperaturze zera absolutnego wzrasta rezystancja izolatora. Istnieje wiele rodzajów izolatorów, takich jak izolatory akustyczne, izolatory termiczne i izolatory elektryczne, w zależności od dziedziny zastosowania materiału. Izolatory kołkowe są pierwszymi stosowanymi izolatorami. Próżnia jest również izolatorem. Wynika to z faktu braku tam przewoźników. Niektóre przykłady izolatorów to guma, plastik itp.
Co to jest półprzewodnik?
Materiał, którego poziom przewodnictwa jest pośredni między przewodnikiem a izolatorem, jest znany jako półprzewodnik. Poziom przewodnictwa można zmienić, dodając niewielką ilość zanieczyszczeń do kryształu półprzewodnika. Istnieją czyste kryształy półprzewodnikowe, takie jak krzem lub german, a także półprzewodniki złożone, takie jak arsenek galu lub selenek kadmu.
Istnieją głównie dwa rodzaje półprzewodników o ogromnych zastosowaniach w nowoczesnych branżach elektronicznych. Są to półprzewodniki samoistne (Si i Ge) oraz półprzewodniki zewnętrzne (typu n i typu p). Zewnętrzny półprzewodnik typu n powstaje przez dodanie pierwiastków grupy III w czystym Si lub Ge. Te zanieczyszczenia nazywane są dawcami. Zewnętrzny półprzewodnik typu p powstaje przez dodanie pierwiastków grupy V w czystym Si lub Ge. Te zanieczyszczenia są znane jako akceptory.
Mają w sobie obydwa rodzaje nośników, którymi elektryczność przewodzą zarówno dziury, jak i elektrony. Ich przewodność wynosi od 10-7 do 10-13 mho/m. Mają umiarkowaną przerwę energetyczną pokrytą przez elektrony, aby przejść do pasma przewodnictwa. Ich pasmo walencyjne jest częściowo wypełnione 4 elektronami. Posiadają wiązanie kowalencyjne.
W temperaturze zera absolutnego tracą swoją właściwość przewodnictwa i całkowicie zamieniają się w izolatory. Są bardzo kompaktowe, mają długą żywotność i niski koszt, co sprawia, że są bardzo poszukiwane w nowoczesnych technologiach. Półprzewodniki mają ogromne zastosowanie w produkcji diod, tranzystorów MOSFET itp.
Główne różnice między izolatorem a półprzewodnikiem
Wniosek
Zarówno izolatory, jak i półprzewodniki mają ogromny wpływ na nasze codzienne życie. Ich odmienność właściwości sprawia, że są przydatne w różnych dziedzinach życia. Izolatory są używane do przerwania przepływu ciepła, elektryczności lub dźwięku od normalnego przepływu w przewodzeniu. Półprzewodniki są niskie i kompaktowe oraz przydatne do wytwarzania małych elementów obwodów, a także mają długą żywotność.
