Отличия проводниковых от полупроводниковых материалов: Чем отличаются проводники от полупроводников

Чем отличаются проводники от полупроводников

В электронных приборах используются самые разные материалы. Основными элементами, применяемыми для этих устройств, является проводниковая и полупроводниковая продукция. Для более эффективного их использования, необходимо точно знать, чем отличаются проводники от полупроводников. Свойства каждого элемента, применяемые в комплексе, позволяют создавать приборы, обладающие уникальными качествами и характеристиками.

Свойства проводников и полупроводников

Очень многие вещества способны проводить электрический ток. Они могут находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Основными проводниками, применяемыми в электротехнике, являются различные виды металлов или их сплавов. Они отличаются высокими качествами проводимости и удельным электрическим сопротивлением, характерным для каждого материала.

В электротехнике металлы применяются в качестве проводников, конструкционных и контактных материалов, а также для спаивания между собой любых видов проводников. Основным свойством проводников является наличие в них свободных электронов, обеспечивающих прохождение электрического тока.

К категории полупроводников относятся вещества, занимающие промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Эти границы достаточно условны, поскольку под влиянием различных факторов, полупроводники могут иметь свойства и проводников и изоляторов. Например, под влиянием низких температур, они становятся диэлектриками, а при повышении температуры, в них начинают появляться свободные носители зарядов. Это связано с тем, что при росте температуры, возрастают и колебания кристаллической решетки, разрывая определенные валентные связи и образуя свободные электроны, проводящие электрический ток.

Проводники и полупроводники: основные отличия

Для того, чтобы правильно использовать те или иные материалы в электронике и электротехнике, необходимо, прежде всего, знать, чем отличаются проводники от полупроводников. В проводниках всегда имеются свободные электроны, от которых зависит движение тока. В полупроводниках образование свободных электронов происходит только при наличии определенных условий. Это дает возможность технологического управления свободными носителями полупроводника.

Одним из основных отличий является более высокая проводимость проводников в сравнении с полупроводниками. Кроме того, если при повышении температуры проводимость полупроводника резко возрастает, то в проводнике, наоборот, происходит уменьшение этого показателя с одновременным ростом электрического сопротивления. Наличие примесей также оказывает неодинаковое действие: в проводниках они снижают проводимость, а в полупроводниках она повышается. Все эти свойства рационально используются в электронных приборах, позволяя добиваться их максимальной эффективности.

Разница между Проводником, Полупроводником и Изолятором

Принципиальное различие между Проводником, Полупроводником и Изолятором зависит от их уровня проводимости.  Проводники — это материалы, которые обеспечивают легкое протекание электрического тока, следовательно, имеют высокую проводимость, Полупроводники — это материалы, которые обладают умеренной проводимостью, тогда как изоляторы являются материалами, которые препятствуют прохождению заряда через них, и тем самым имеют низкую проводимость.

Проводимость твердых веществ является основным фактором, который отличает эти три материала и различия в их проводимости объясняет Теория электронных зон. Кроме того, проводники — имеют очень низкое сопротивление, полупроводники — чистые полупроводники имеют очень высокое сопротивление, а изоляторы — имеют чрезвычайно высокое сопротивление. Однако, существуют некоторые другие различия между Проводником, Полупроводником и Изолятором.

Содержание

1. Обзор и основные отличия
2. Зонная теория проводимости
3. Проводники
4. Изоляторы
5. Полупроводники
6. В чем разница между Проводником, Полупроводником и Изолятором
7. Заключение

1yybu3dxauk.0.0.0.1:0.2.0.$0.$0″>Зонная теория проводимости

Электроны вращаются вокруг положительного ядра отдельного атома на допустимых уровнях энергии, как показано серыми линиями слева на диаграмме ниже. В большом наборе атомов, например металлической проволоке или полупроводниковом кристалле, энергетические уровни реорганизуются в две зоны. Зона проводимости — это зона высших энергетических уровней электронов, а валентная зона — это зона нижних энергетических уровней электронов. В энергетической «щели» между зонами электроны не могут существовать.

С левой стороны расположены горизонтальные линии, которые располагаются ближе друг к другу при увеличении уровней энергии

Проводимость — это движение электронов в твердом теле. Для существования проводимости электроны должны свободно перемещаться в зоне проводимости и должны быть пространства в энергетических зонах для перемещения электронов.

Проводники

В проводнике отсутствуют запрещенные зоны между валентной и проводящей зонами. В некоторых металлах зоны проводимости и валентности частично перекрываются. Это означает, что электроны могут свободно перемещаться между валентной зоной и зоной проводимости.

Зона проводимости заполнена только частично. Это означает, что есть места для перемещения электронов. Когда электроны для валентной зоны движутся в зону проводимости, они могут свободно двигаться. Это позволяет проводнику проводить электрический ток.

Зоны в проводниках

Изоляторы

Изолятор имеет большой зазор между валентной зоной и зоной проводимости. Валентная зона заполнена, так как никакие электроны не могут подняться до зоны проводимости. В результате зона проводимости становится пустой. Поскольку в зоне проводимости изолятора нет электронов, а в этой зоне проводимости могут легко перемещаться только электроны, материал не может проводить электрический ток.

Зоны в изоляторах

Полупроводники

В полупроводнике зазор между валентной зоной и зоной проводимости меньше. При комнатной температуре достаточно энергии для перемещения некоторых электронов из валентной зоны в зону проводимости. Это позволяет иметь некоторую проводимость. Повышение температуры увеличивает проводимость полупроводника, потому что больше электронов будет иметь достаточно энергии для перемещения в зону проводимости.

Зоны в полупроводниках

Разница между изоляторами и полупроводниками обусловлена ​​небольшим количеством примесей, добавляемых в полупроводник, что влияет на энергетические зоны. Этот процесс называется легированием.

Полупроводниковые материалы.

Элементы, которые используются в качестве полупроводников, такие как кремний и германий, имеют четыре электрона на внешней оболочке. Это означает, что они могут образовывать четыре связи с другими одинаковыми атомами. В кристалле чистого кремния каждый атом кремния окружен четырьмя другими атомами кремния. В этом состоянии кремний не будет проводить.

Полупроводник с p-n переходом

Чистый кремний может быть легирован незначительными количествами примесей путем диффузии примесей в виде газа в жидкий полупроводник до его кристаллизации.

Полупроводники n-типа

Если примесный элемент с пятью электронами внешней оболочки, такой как мышьяк, добавить в кремний в небольших количествах (примерно от одного примесного атома на каждый миллион атомов кремния), то примесные атомы будут вписываться в кристаллическую структуру. Дополнительный электрон внешней оболочки не будет связан с валентной зоной кристалла. Это легирование влияет на способность электронов перемещаться между энергетическими зонами. При этом в зоне проводимости доступно больше электронов.

Зоны в полупроводниках n-типа. Между зоной проводимости и зоной валентности имеются дополнительные уровни энергии электронов

Эта примесь заставляет материал проводить и называется полупроводник n-типа. n-тип относится к отрицательному заряду дополнительного электрона.

Полупроводник n-типа

Полупроводники p-типа

Если примесный элемент с тремя электронами внешней оболочки, такой как индий, добавляется в кремний в одинаковых малых количествах, примесные атомы будут вписываться в кристаллическую структуру, но при этом пропадет один электрон. Это легирование дает больше места для электронов выше валентной зоны. Это увеличивает проводимость материала.

Зоны в полупроводнике n-типа. Между зоной проводимости и зоной валентности имеется пространство для свободных электронов

Эта примесь заставляет материал проводить и называется полупроводник p-типа. р-тип относится к небольшому положительному заряду зазора, вызванному отсутствием электрона.

Полупроводник p-типа

Полупроводники n-типа и p-типа не имеют общего электрического заряда. Протоны в примесных атомах уравновешивают любое увеличение или уменьшение числа электронов в легированном полупроводнике.

10 Различия между проводником и полупроводником (проводник и полупроводник)

Проводник — это объект или материал, который позволяет протекать электрическому току в одном или нескольких направлениях. Такие металлы, как железо, медь и алюминий, являются хорошими проводниками.

А полуфабрикат проводник – это твердое вещество, имеющее электрическую проводимость между проводник и изолятор. Это свойство делает его пригодным для управления электрический ток.

Проводник против Полупроводник

19 Всегда допускает протекание электрического тока. Вещества, требующие лишь небольшого разность потенциалов между ними, вызывающая протекание тока

Проводник	Полупроводник	Под некоторых условиях полупроводники допускают протекание электрического тока и при некоторые другие условия не будут проводить электричество. Проводимость умеренная между проводником и изолятором
Хорошо проводники имеют большое количество свободных электронов	полу кондукторов мало свободных электроны
проводимость основана на свободных электронах благодаря металлической связи	проводимость основана на свободных электронах и дырках
внешний электрон в атоме может быть легко удален небольшим потенциалом применяется разница	Подробнее энергия или разность потенциалов необходимы, чтобы удалить внешний электрон в атом в полупроводнике
электропроводность проводника уменьшается с повышением температуры потому что повышение температуры увеличивает столкновение электронов, что нарушает его свободное течение.	В полупроводник, проводимость увеличивается с повышением температуры, так как количество свободных электронов увеличивается с повышением температуры
Проводник материал с низким удельным сопротивлением	Semi проводник имеет удельное сопротивление, лежащее между проводником и изолятором
Удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры	Удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры
Они имеют положительный коэффициент сопротивления*	Они имеют отрицательный коэффициент сопротивления
В проводников, зона проводимости частично заполнена или перекрывается валентная зона	В полупроводники, энергетическая щель мала, при комнатной температуре некоторые электроны имеет энергию перепрыгнуть через щель и войти в зону проводимости
энергетическая щель равна нулю или очень мала	энергетический зазор невелик. Больше проводников и меньше изоляторов
Они не будет вести себя как изолятор при любой температуре. При 0 К ведет себя как сверхпроводник	Чистый полупроводники становятся изоляторами при абсолютном нуле (0 К), так как нет свободных электроны.
Смешивание примесей вызывает увеличение сопротивления и снижение проводимости	Смешивание примесей вызывает уменьшение сопротивления и увеличение проводимости
Пример проводников: Серебро, Медь, Алюминий	Пример полупроводников: Кремний, германий, галлий

*Коэффициент изменения сопротивления на градус Цельсия изменение температуры называется температурным коэффициентом сопротивления.

Теги Проводник против полупроводника планы уроков электроники пример проводника пример полупроводника Физика

Предыдущий постСледующий пост

Разница между проводником, полупроводником и изолятором

Основное различие между проводником, полупроводником и изолятором заключается в его состоянии проводимости. Проводники всегда проводят электрический ток, а изоляторы его не проводят. Однако полупроводник проводит и блокирует в разных условиях.

Содержание

Что такое проводник ?

В электротехнике и электронике проводник представляет собой тип материала, который позволяет протекать заряду, также известному как электрический ток. Наиболее распространенные электрические проводники изготавливаются из металлов. Такие материалы пропускают ток благодаря наличию свободных электронов или ионов, которые начинают двигаться при приложении напряжения.

Проводники имеют очень низкое электрическое сопротивление, т. е. противодействие протеканию тока, и зависит от длины и ширины проводника. Она увеличивается с повышением температуры.

• Связанная запись:  Разница между проводником и сверхпроводником

Что такое полупроводник ?

Полупроводники — это материалы, проводимость которых находится между проводниками и изоляторами. Они могут блокировать или разрешать текущий поток, обеспечивая полный контроль над ним. В основном они модифицируются путем добавления примесей, называемых легированием. Он изменяет свои свойства, такие как однонаправленный ток, усиление, преобразование энергии и т. д.

Электропроводность внутри полупроводников обусловлена ​​движением электронов и дырок.

• Связанная запись: Разница между током и напряжением

Что такое изолятор ?

Изолятор — это материал с очень высоким электрическим сопротивлением, препятствующий протеканию тока. В изоляторах нет свободных электронов, поэтому они не проводят электричество. Таким образом, они используются для защиты от ударов.

• Сообщение по теме:  Разница между напряжением и ЭДС?

Различия между проводниками, полупроводниками и изоляторами:

Характеристики	Проводник	Полупроводник	Изолятор
Определение	Проводник представляет собой материал, который обеспечивает протекание заряда при приложении напряжения.	Полупроводник — это материал, проводимость которого находится между проводником и изолятором	Изолятор — это материал, не пропускающий ток.
Зависимость от температуры	Сопротивление проводника увеличивается с повышением температуры.	Сопротивление полупроводника уменьшается с повышением температуры. Таким образом, он действует как изолятор при абсолютном нуле.	Изолятор имеет очень высокое сопротивление, но оно все равно уменьшается с температурой.
Проводимость	Проводники имеют очень высокую проводимость ( 1 0 -7 Ʊ/м ), поэтому они могут легко проводить электрический ток.	Имеют промежуточную проводимость ( (от 10 -7 Ʊ/м до 10 -13 Ʊ/м ), поэтому они могут действовать как изолятор и проводник в различных условиях.	Они имеют очень низкую электропроводность ( 10 -13 Ʊ /m ) , поэтому они не пропускают ток.
Проводка	Проводимость в проводниках обусловлена ​​свободными электронами в металлической связи.	Проводимость в полупроводнике обусловлена ​​движением электронов и дырок.	Нет свободных электронов или дырок, следовательно, нет проводимости.
Ширина запрещенной зоны	Между зоной проводимости и валентной зоной проводника отсутствует или имеет небольшую энергетическую щель . Ему не нужна дополнительная энергия для состояния проводимости.	Ширина запрещенной зоны полупроводника больше, чем у проводника, но меньше, чем у изолятора, т.е. 1 эВ . Их электронам нужно немного энергии для состояния проводимости.	Ширина запрещенной зоны в изоляторе огромна ( +5 эВ ), что требует огромного количества энергии, такой как молния, чтобы вытолкнуть электроны в зону проводимости.
Удельное сопротивление	Низкий ( 10 -5 Ом /м )	Обычный ( 10 -5 Ом/м от до 10 5 Ом /м )	Очень высокая ( 10 5 Ом /м )
Коэффициент удельного сопротивления	Он имеет положительный коэффициент удельного сопротивления , т. е. его сопротивление увеличивается с температурой	Имеет отрицательный коэффициент удельного сопротивления.	Коэффициент удельного сопротивления изолятора тоже отрицательный но у него очень большое сопротивление.
Абсолютный ноль	Некоторые специальные проводники превращаются в сверхпроводники при переохлаждении до абсолютного нуля, а другие имеют конечное сопротивление.	Полупроводники превращаются в изолятор при абсолютном нуле.	Увеличение сопротивления изолятора при охлаждении до абсолютного нуля.
Валентный электрон во внешней оболочке	1 Валентный электрон во внешней оболочке.	4 Валентный электрон во внешней оболочке.	8 Валентный электрон во внешней оболочке.
Примеры	Золото, медь, серебро, алюминий и т. д.	Кремний, германий, селен, сурьма , арсенид галлия (известный как полуизолятор), бор и т. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Найти: