Проводник и полупроводник: Чем отличаются полупроводники от проводников

Содержание

Чем отличаются полупроводники от проводников

Многие химические элементы являются полупроводниками и проводниками. В чем особенности тех и других? Чем отличаются полупроводники от проводников?

Что представляют собой полупроводники?

Под полупроводниками понимаются химические элементы, обладающие ограниченной способностью передавать электрический ток. Это обусловлено небольшим количеством свободных электронов, формирующихся в их структуре при подключении электродов.

Типичными полупроводниками считаются такие химические элементы, как кремний — относящийся, в частности, к 4-й группе веществ по периодической системе Д. И. Менделеева. На внешней оболочке кремния располагается 4 электрона, классифицируемых как валентные. К иным чистым полупроводникам можно отнести, к примеру, германий.

Одна из главных характеристик полупроводников — удельное сопротивление. Оно может находиться в интервале от 10 в 4 до 10 в минус 5 степени Ом на метр. Для того чтобы понизить удельное сопротивление рассматриваемых элементов, в их состав могут быть включены легирующие примеси. Такие как, например, бор и мышьяк.

Если легирование полупроводников осуществляется посредством элементов 3-й группы по таблице Менделеева (в частности, при использовании бора), то полупроводник будет классифицирован как относящийся к p-типу. У элементов 3-й группы в оболочке присутствует 3 электрона. Это значит, что в структуре кристалла легированного полупроводника из-за недостающего электрона образуются «дырки», которые при подключении тока начинают движение в обратном направлении относительно положительного контакта (к которому, в свою очередь, стремятся электроны).

Если легирование полупроводников осуществляется посредством элементов 5-й группы (например, при использовании мышьяка), то проводник будет относиться к n-типу. У элементов 5-й группы на внешней оболочке располагается 5 электронов. Поэтому при легировании полупроводника часть из них освобождается, вследствие чего элемент приобретает проводимость.

Можно отметить, что пограничная область, располагающаяся между полупроводниками p-типа и n-типа, обладает свойством проводить ток только при подключении электродов в определенном положении. Благодаря данной особенности функционируют различные электронные компоненты, в составе которых используются полупроводниковые вещества, — диоды, транзисторы.

Еще одно примечательное свойство рассматриваемых элементов — усиление проводимости по мере увеличения температуры.

к содержанию ↑

Что представляют собой проводники?

Под проводниками понимаются химические элементы, в которых есть электроны, способные отделяться от одного ядра и перемещаться к другому при подключении тока. Как правило, это металлы. Хорошими проводниками считаются медь, алюминий.

Чем чище металл — тем большей проводимостью он обладает. Примеси снижают данное свойство. При нагревании металлов их проводимость снижается — в то время как у полупроводников, как мы отметили выше, увеличивается.

к содержанию ↑

Сравнение

Главное отличие полупроводников от проводников заключается в небольшом количестве образующихся при подключении тока свободных электронов в структуре первых (которые, в свою очередь, появляются в большем количестве наряду с «дырками» при легировании или же в процессе нагрева) и высоком уровне электрического сопротивления соответствующих элементов. А вот проводники имеют множество свободных электронов и характеризуются невысоким сопротивлением. При нагревании первых элементов их сопротивление снижается, при тепловом воздействии на проводники — увеличивается.

Определив, в чем разница между полупроводниками и проводниками, зафиксируем выводы в таблице.

к содержанию ↑

Таблица

ПолупроводникиПроводники
Чистые полупроводники при подключении тока высвобождают в обычных условиях немного электроновЧистые проводники в обычных условиях при подключении тока высвобождают много свободных электронов
Увеличивают проводимость при нагреванииУменьшают проводимость при нагревании
Примеры полупроводников — германий, кремнийЧистыми проводниками являются главным образом металлы

Проводники, полупроводники и непроводники | 8 класс

В прошлом уроке мы уже упоминали о проводниках и диэлектриках. Мы определили их как вещества, в которых присутствуют или отсутствуют свободные электроны. Именно они осуществляют перенос электрического заряда. В проводниках они есть, а в диэлектриках — нет.

И все же, главная особенность, которую мы будем рассматривать — это способность проводить ток или передавать электрический заряд. По этой способности вещества делят на три основных класса: проводники, полупроводники и диэлектрики. На данном уроке мы дадим определение каждому классу веществ, рассмотрим природу полупроводников, с которыми мы раньше не встречались. 

Проводники

Начнем с определения.

Проводник — это тело, через которое электрические заряды могут переходить от заряженного тела к незаряженному.

Примеры проводников:

  • металлы
  • почва
  • вода с растворенными в ней солями, кислотами или щелочами
  • графит
Рисунок 1. Металлы — лучшие проводники электричества

Самыми лучшими проводниками являются металлы (рисунок 1). Максимальной проводимостью обладают серебро, медь и алюминий.

Наши тела тоже проводят электричество. Мы являемся очень своеобразными проводниками. Это легко проверить, дотронувшись до любого заряженного тела, например, до лепестков электроскопа. Заряд перейдет на нас, а затем уйдет через пол в землю.

Во всех этих веществах и в нашем теле есть свободные электроны, которые и переносят заряд.

{"questions":[{"content":"Проводниками являются [[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Тело человека","Сталь","Медь","Земля","Стекло","Пластмасса","Кремний"],"answer":[0,1,2,3]}}}]}

Непроводники

Дадим определение.

Диэлектрик/непроводник — это тело, через которое электрические заряды не могут переходить от заряженного тела к незаряженному.

Примеры диэлектриков:

  • эбонит
  • янтарь
  • резина
  • фарфор
  • пластмасса
  • шелк
  • масло
  • капрон
  • воздух и газы
  • стекло
  • сухое дерево
Рисунок 2. Сухое дерево — отличный диэлектрик

Все эти вещества объединяет отсутствие свободных электронов. Они же применяются для изготовления изолятов или изоляции.

{"questions":[{"content":"В диэлектриках электрические заряды[[choice-9]]","widgets":{"choice-9":{"type":"choice","options":["Не могут переходить от заряженного тела к незаряженному","Могут переходить от заряженного тела к незаряженному","Могут переходить от заряженного тела к незаряженному в зависимости от условий"],"explanations":["","Это относится к проводниками.","Это относится к полупроводникам."],"answer":[0]}}}]}

Полупроводники

Эти тела по способности передавать электрические заряды занимают промежуточное значение между проводниками и диэлектриками.

Полупроводник — это  тело, которое не проводит электричество при низких температурах, но начинают проводить электричество при более высоких температурах.

Что это означает? Дело в том, что при низкой температуре полупроводники являются диэлектриками. Они не способны передать какой-то заряд. 

Повысим температуру. Атомы вещества начинают сильнее колебаться около положений своего равновесия. Эти колебания достигают такой силы, что электроны, находящиеся на внешних оболочках атомов (валентные электроны) становятся свободными. Так полупроводник становится проводником.

Какой характерной особенностью обладают полупроводники? С повышением температуры их проводимость возрастает. Интересно, что у металлов она, наоборот, будет уменьшаться.

Обратите внимание, что эта температура не всегда является очень высокой. Например, для кремния и германия она составляет около $20 \degree C$.

Примеры полупроводников:

  • оксиды и сульфаты металлов
  • германий
  • кремний
  • некоторые органические вещества

Из-за своих свойств полупроводники широко применяются в технике. Часто их используют как своеобразные термометры. Например, их используют как температурно зависимые резисторы. Это позволяет контролировать протекание тока при определенных температурах. Когда она достигает критической отметки, какой-то участок цепи перестает проводить ток или, наоборот, начинает. Более подробно об электрической цепи и ее составляющих мы будем говорить в следующих уроках.

{"questions":[{"content":"При низких температурах полупроводник ведет себя как[[choice-14]]","widgets":{"choice-14":{"type":"choice","options":["Диэлектрик","Проводник","Плазма","Металл"],"explanations":["","Полупроводники ведут себя как проводники при высоких температурах.","","Металлы являются проводниками."],"answer":[0]}}}]}

Полупроводники начинают проводить электричество и при других воздействиях на них:

  • воздействие света
  • пропускание потока быстрых частиц
  • введение примесей
Рисунок 3. Под воздействие света полупроводники начинают проводить электричество

Фотопроводимость — это явление повышения проводимости вещества под воздействием света.

Это явление позволяет использовать полупроводники в системах дистанционного управления и сигнализации. Можно сказать, что область применения полупроводников в технике сама по себе очень широка. Они являются составной частью микросхем в телевизорах, компьютерах, радио, используются при создании транзисторов, диодов и др.

{"questions":[{"content":"Полупроводники могут начать проводить электричество при [[choice-20]]","widgets":{"choice-20":{"type":"choice","options":["Воздействии света","Повышении температуры","Введении специальных примесей","Понижении температуры","Электризации"],"answer":[0,1,2]}}}]}

Проводимость и электризация

Отметим важный момент. Никогда не стоит путать электризацию и проводимость.

Тела, не являющиеся проводниками, вполне могут обладать способностью наэлектризовываться.

Электризация происходит при непосредственном соприкосновении тел. Проводимость же возникает внутри тела.

В ходе электризации одно тело теряет электроны, а другое приобретает. Проводимость или электрический ток (подробнее в следующем уроке) описывает упорядоченное движение частиц внутри тела.

{"questions":[{"content":"Стекло является [[fill_choice-25]], но оно может [[fill_choice-29]].","widgets":{"fill_choice-25":{"type":"fill_choice","options":["диэлектриком","проводником","полупроводником"],"answer":0},"fill_choice-29":{"type":"fill_choice","options":["наэлектризоваться","проводить электричество","стать полупроводником в определенных условиях"],"answer":0}}}]}

Упражнения

Упражнение №1

Почему заряженный электроскоп разряжается, если его шарика коснуться рукой?

Наше тело является проводником электричества. Когда мы касаемся шарика заряженного электроскопа, заряд (свободные электроны) переходит в наше тело. При нашем соприкосновении с полом и землей, заряд уйдет туда. Так происходит, если электроскоп заряжен отрицательно.

Если же электроскоп заряжен положительно, то коснувшись его, мы нейтрализуем заряд, сообщив ему некоторое количество электронов. Ведь, являясь проводником, в нашем теле имеется большое количество свободных электронов.

Упражнение №2

Почему стержень электроскопа изготавливают из металла?

Металлы — хорошие проводники. Металлический стержень может передавать заряд от шара к лепесткам.

Если сделать стержень из диэлектрика, то заряд передаваться не будет, электроскоп окажется нерабочим.

Упражнение №3

К шарику незаряженного электроскопа подносят тело, заряженное положительно, не касаясь его. Какой заряд возникнет на листочках электроскопа?

Обратите внимание, что тело не касается электроскопа. При его приближении на шаре образуется отрицательный заряд, а на лепестках — положительный.

Электрическое поле положительно заряженного тела будет действовать на электроскоп, свободные электроны придут в движение. Силы притяжения между разноименными зарядами заставят их собраться на шаре. В другой части электроскопа (на лепестках) образуется недостаток электронов, образуется положительный заряд.

Проектируем электрику вместе: Проводники и диэлектрики. Полупроводники

Сопротивление проводников. Проводимость. Диэлектрики. Применение проводников и изоляторов. Полупроводники.

Физические вещества многообразны по своим электрическим свойствам. Наиболее обширные классы вещества составляют проводники и диэлектрики.

Проводники

Основная особенность проводников – наличие свободных носителей зарядов, которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объему вещества.
Как правило, к таким веществам относятся растворы солей, расплавы, вода (кроме дистиллированной), влажная почва, тело человека и, конечно же, металлы.

Металлы считаются наиболее хорошими проводниками электрического заряда.
Есть также очень хорошие проводники, которые не являются металлами.
Среди таких проводников лучшим примером является углерод.

Все проводники обладают такими свойствами, как сопротивление
и проводимость. Ввиду того, что электрические заряды, сталкиваясь с атомами или ионами вещества, преодолевают некоторое сопротивление своему движению в электрическом поле, принято говорить, что проводники обладают электрическим сопротивлением (R).
Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью (G).

G = 1/ R

То есть, проводимостьэто свойство или способность проводника проводить электрический ток.
Нужно понимать, что хорошие проводники представляют собой очень малое сопротивление потоку электрических зарядов и, соответственно, имеют высокую проводимость. Чем лучше проводник, тем больше его проводимость. Например, проводник из меди имеет большую проводимость, чем проводник из алюминия, а проводимость серебряного проводника выше, чем такого же проводника из меди.

Диэлектрики

В отличие от проводников
, в диэлектриках при низких температурах нет свободных электрических зарядов. Они состоят из нейтральных атомов или молекул. Заряженные частицы в нейтральном атоме связаны друг с другом и не могут перемещаться под действием электрического поля по всему объему диэлектрика.

К диэлектрикам относятся, в первую очередь, газы, которые проводят электрические заряды очень плохо. А также стекло, фарфор, керамика, резина, картон, сухая древесина, различные пластмассы и смолы.

Предметы, изготовленные из диэлектриков, называют изоляторами. Надо отметить, что диэлектрические свойства изоляторов во многом зависят от состояния окружающей среды. Так, в условиях повышенной влажности (вода является хорошим проводником) некоторые диэлектрики могут частично терять свои диэлектрические свойства.

О применении проводников и изоляторов

Как проводники, так и изоляторы широко применяются в технике для решения различных технических задач.

К примеру, все электрические провода в доме выполнены из металла (чаще всего медь или алюминий). А оболочка этих проводов или вилка, которая включается в розетку, обязательно выполняются из различных полимеров, которые являются хорошими изоляторами и не пропускают электрические заряды.

Нужно отметить, что понятия «проводник» или «изолятор» не отражают качественных характеристик: характеристики этих материалов в действительности находятся в широком диапазоне – от очень хорошего до очень плохого.
Серебро, золото, платина являются очень хорошими проводниками, но это дорогие металлы, поэтому они используются только там, где цена менее важна по сравнению с функцией изделия (космос, оборонка).
Медь и алюминий также являются хорошими проводниками и в то же время недорогими, что и предопределило их повсеместное применение.
Вольфрам и молибден, напротив,  являются плохими проводниками и по этой причине не могут использоваться в электрических схемах (будут нарушать работу схемы), но высокое сопротивление этих металлов в сочетании с тугоплавкостью предопределило их применение в лампах накаливания и высокотемпературных нагревательных элементах.

Изоляторы также есть очень хорошие, просто хорошие  и плохие. Связано это с  тем, что в реальных диэлектриках также есть свободные электроны, хотя их очень мало. Появление свободных зарядов даже в изоляторах обусловлено тепловыми колебаниями электронов: под воздействием высокой температуры некоторым электронам все-таки удается оторваться от ядра и изоляционные свойства диэлектрика при этом ухудшаются. В некоторых диэлектриках свободных электронов больше и качество изоляции у них, соответственно, хуже. Достаточно сравнить, например, керамику и картон.

Самым лучшим изолятором является идеальный вакуум, но он практически не достижим на Земле. Абсолютно чистая вода также будет отличным изолятором, но кто-нибудь видел ее в реальности? А вода с наличием каких-либо примесей уже является достаточно хорошим проводником.

Критерием качества изолятора является соответствие его функциям, которые он должен выполнять в данной схеме. Если диэлектрические свойства материала таковы, что любая утечка через него ничтожно мала (не влияет на работу схемы), то такой материал считается хорошим изолятором.
 
Полупроводники

Существуют вещества, которые по своей проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.
Такие вещества называют полупроводниками. Они отличаются от проводников сильной зависимостью проводимости электрических зарядов от температуры, а также от концентрации примесей и могут иметь свойства, как проводников, так и диэлектриков.

В отличие от металлических проводников, у которых с ростом температуры проводимость уменьшается, у полупроводников проводимость растет  с увеличением температуры, а сопротивление, как величина обратная проводимости — уменьшается.

При низких температурах сопротивление полупроводников, как видно из  рис. 1, стремится к бесконечности.
Это значит, что при температуре абсолютного нуля полупроводник не имеет свободных носителей в зоне проводимости и в отличие от проводников ведёт себя, как диэлектрик.
При увеличении температуры, а также при добавлении примесей (легировании) проводимость полупроводника растет и он приобретает свойства проводника. 

Рис. 1. Зависимость сопротивлений проводников и полупроводников от температуры

Примерами классических полупроводников являются такие химические элементы, как кремний (Si) и германий (Ge). Более подробно об этих элементах читайте в статье «О проводимости полупроводников».

Статьи по теме: 1. Что такое электрический ток?

                            2. Постоянный и переменный ток
                            3. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
                            4. Направление электрического тока
                            5. О скорости распространения электрического тока
                            6. Электрический ток в жидкостях 
                            7. Проводимость в газах
                            8. Электрический ток в вакууме
                            9. О проводимости полупроводников

Внимание!
Всех интересующихся практической электротехникой приглашаю на страницы своего нового сайта «Электрика для дома». Сайт посвящен основам электротехники и электричества с акцентом на домашние электрические установки и процессы, в них происходящие.

Чем отличается проводник от полупроводника?

Известно, что в веществе, помещенном в электрическое поле, при воздействии сил данного поля образуется движение свободных электронов, либо ионов по направлению сил поля. Другими словами, в веществе происходит возникновение электрического тока.

Свойство, определяющее способность вещества проводить электрический ток имеет название «электропроводность». Электропроводность напрямую зависима от концентрации заряженных частиц: чем выше концентрация, тем она электропроводность.

По данному свойству все вещества подразделяются на 3 типа:

  1. Проводники.
  2. Диэлектрики.
  3. Полупроводники.

Описание проводников

Проводники обладают наивысшей электропроводностью из всех типов веществ. Все проводники подразделяются на две большие подгруппы:

  • Металлы (медь, алюминий, серебро) и их сплавы.
  • Электролиты (водный раствор соли, кислоты).

В веществах первой подгруппы перемещаться способны только электроны, поскольку их связь с ядрами атомов слабая, в связи с чем, они достаточно просто от них отсоединяются. Так как в металлах возникновение тока связано с передвижением свободных электронов, то тип электропроводности в них называется электронным.

Параллельное соединение проводников

Из проводников первой подгруппы используют в обмотках электромашин, линиях электропередач, проводах. Важно отметить, что на электропроводность металлов оказывает влияние его чистота и отсутствие примесей.

Движиение электрического тока

В веществах второй подгруппы при воздействии раствора происходит распадение молекулы на положительный и отрицательный ион. Ионы перемещаются вследствие воздействия электрического поля. Затем, когда ток проходит через электролит, происходит осаждение ионов на электроде, который опускается в данный электролит. Процесс, когда из электролита под воздействием электрического тока выделяется вещество, получил название электролиз. Процесс электролиза принято применять, к примеру, когда добывается цветной металл из раствора его соединения, либо при покрытии металла защитным слоем иных металлов.

Описание диэлектриков

Диэлектрики также принято называть электроизоляционными веществами.

Все электроизоляционные вещества имеют следующую классификацию:

  • В зависимости от агрегатного состояния диэлектрики могут быть жидкими, твердыми и газообразными.
  • В зависимости от способы получения — естественными и синтетическими.
  • В зависимости от химического состава – органическими и неорганическими.
  • В зависимости от строения молекул – нейтральными и полярными.

К ним относятся газ (воздух, азот, элегаз),  минеральное масло,  любое резиновое и керамическое вещество. Данные вещества характеризуются способностью к поляризации в электрическом поле. Поляризация представляет собой образование на поверхности вещества зарядов с разными знаками.

Пример диэлектрика

В диэлектриках содержится малое количество свободных электронов, при этом электроны имеют сильную связь с ядрами атомов и только в редких случаях отсоединяются от них. Это означает, что данные вещества не обладают способностью проводить ток.

Данное свойство весьма полезно в сфере производства средств, используемых при защите от электрического тока: диэлектрические перчатки, коврики, ботинки, изоляторы на электрическое оборудование и т.п.

О полупроводниках

Полупроводник выступает в роли промежуточного вещества между проводником и диэлектриком. Самыми яркими представителями данного типа веществ являются кремний, германий, селен. Помимо этого, к данным веществам принято относить элементы четвертой группы периодической таблицы Дмитрия Ивановича Менделеева.

Полупроводники: кремний, германий, селен

Полупроводники имеют дополнительную «дырочную» проводимость, в дополнение к электронной проводимости. Данный тип проводимости зависим от ряда факторов внешней среды, среди которых свет, температура, электрическое и магнитное поле.

В данных веществах имеются непрочные ковалентные связи. При воздействии одного из внешних факторов связь разрушается, после чего происходит образование свободных электронов. При этом, когда электрон отсоединяется, в составе ковалентной связи остается свободная «дырка». Свободные «дырки» притягивают соседние электроны, и так данное действие может производиться бесконечно.

Увеличить проводимость полупроводниковых веществ можно путем внесения в них различных примесей. Данный прием широко распространен в промышленной электронике: в диодах, транзисторах, тиристорах. Рассмотрим более подробно главные отличия проводников от полупроводников.

Чем отличается проводник от полупроводника?

Основным отличием проводника от полупроводника является способность к проводимости электрического тока. У проводника она на порядок выше.

Когда поднимается значение температуры, проводимость полупроводников также возрастает; проводимость проводников при повышении становится меньше.

В чистых проводниках в нормальных условиях при прохождении тока высвобождается гораздо большее количество электронов, нежели в полупроводниках. При этом, добавление примесей снижает проводимость проводников, но увеличивает проводимость полупроводников.

Проводники, диэлектрики и полупроводники. Физика, 8 класс: уроки, тесты, задания.

1. Электричество

Сложность: лёгкое

1
2. Строение электроскопа и электрометра

Сложность: лёгкое

2
3. Проводники и диэлектрики

Сложность: лёгкое

1
4. Работа с определениями

Сложность: лёгкое

2
5. Проводники и изоляторы

Сложность: лёгкое

1
6. Проводники и непроводники электричества

Сложность: лёгкое

1
7. Действие наэлектризованных тел на электроскоп (электрометр)

Сложность: среднее

1
8. Исследования при помощи электроскопа (электрометра)

Сложность: среднее

6
9. Определения заряда тела

Сложность: среднее

1
10. Заряд электроскопа

Сложность: среднее

1
11. Электроскопы

Сложность: среднее

1
12. Ряд Гезехуса 1

Сложность: сложное

3
13. Трибоэлектрический ряд

Сложность: сложное

5
14. Ряд Фарадея 1

Сложность: сложное

3
15. Ряд Гезехуса 2

Сложность: сложное

3

Проводники, диэлектрики, полупроводники

     Все вещества состоят из атомов и молекул, имеющих положительно заряженные ядра и отрицательно заряженные электроны. Атомы и молекулы электрически нейтральны, так как заряд ядра равен суммарному заряду

электронов, окружающих ядро. При наличии внешних факторов (повышение температуры, электрическое поле и т.д.) атом или молекула теряет электрон. Этот атом превращается в положительный ион, а электрон, оторвавшийся от атома, может присоединиться к другому атому, превратив его в отрицательный ион, остаться свободным. Процесс образования ионов называют ионизацией. Количество свободных электронов или ионов в единице объема вещества называется концентрацией заряженных частиц. Таким образом, в веществе, которую поместили в электрическое поле, под действием сил поля возникает процесс движения свободных электронов или ионов в направлении сил поля, назвали электрическим током.

 

     Свойство вещества проводить ток под действием электрического поля называется электропроводностью вещества, которая зависит от концентрации свободных электрически заряженных частиц. Чем больше концентрация заряженных частиц, тем больше электропроводность вещества. Все вещества в зависимости от электропроводности делятся на:

1 Проводник. Обладают очень большой электропроводностью. Проводники делятся на две группы. К проводникам первой группе относятся металлы (медь, алюминий, серебро и т.д.) и их сплавы, в которых возможно перемещение только электронов. То есть в металлах электроны очень слабо связаны с ядрами атомов и легко от них отделяются. В металлах явление электрического тока связано с движением свободных электронов, которые обладают очень большой подвижностью и находятся в состоянии теплового движения. Эту электропроводность называют электронной. Проводники используются для изготовления проводов, ЛЭП, обмоток электрических машин и т.п.. К проводникам второй группе относятся водные растворы солей, кислот и т.д., которые называют электролитами. Под действием раствора молекулы вещества распадаются на положительные и отрицательные ионы, которые под действием электрического поля начнут перемещаться. Ионы электролита при прохождении тока начнут осаждатися на электродах, опущенных в электролит. Процесс выделения вещества из электролитов электрическим током называется электролизом. Его используют для добычи цветных металлов из растворов их соединений (медь, алюминий), а также для покрытия металлов защитным слоем другого металла (например, хромирование).

2 Диэлектрики (или электроизоляционные вещества). Вещества с очень малой электропроводностью (газы, резиновые вещества, минеральные масла и т.п.). В этих веществах электроны очень сильно связаны с ядрами атомов и под действием электрического поля редко отделяются от ядер. Т.е. диэлектрики не проводят электрический ток. Это их свойство используют при производстве электрозащитных средств: диэлектрические перчатки, обувь, коврики, изолирующие подставки, накладки, колпаки, изоляторы на электрооборудовании и т.п..

Диэлектрики могут быть: твердые, газообразные, жидкости.

 

3 Полупроводниковые (германий, селен, кремний). Это вещества, которые кроме электронной проводимости, имеют «дырочную» проводимость, которая в большой степени зависит от наличия внешних факторов: света, температуры, электрического или магнитного поля. Эти вещества имеют ковалентную связь (- это химическая связь между двумя электронами соседних атомов на одной орбите). Ковалентная связь очень непрочен. При наличии внешнего фактора он разрушается и появляются свободные электроны (электронная проводимость). В момент образования свободного электрона в ковалентной связи появляется свободный город — «электрона дыра» (эквивалентная протона), которая притягивает к себе электрон из соседнего ковалентной связи. Но тогда образуется новая «дыра», которая вновь притягивает к себе электрон из соседнего ковалентной связи и так далее. Т.е. под действием электрического поля перемещаются «дыры» в направлении поля (навстречу электронам) — движение протонов. Таким образом, при электронной проводимости — электрон проходит весь путь, а при «дырочной» — электроны поочередно замещаются по связям, каждый электрон проходит долю пути. При нарушении связей в полупроводниках одновременно возникает одинаковое количество электронов и «дырок». То есть, проводимость состоит из электронной и «дырочной» и называется собственной проводимостью полупроводника. Свойства полупроводников возможно изменить, если в них внести примеси других веществ. Тем самым увеличить ту или иную проводимость. Это используется в промышленной электронике: диоды, транзисторы, тиристоры. Используют, как усилители, выпрямители, электронные генераторы, стабилизаторы и тому подобное. Их преимущества: малая потеря энергии, стоимость, размер и масса, простота эксплуатации, большой срок работы. Недостаток: зависимость проводимости от температуры.


Проводники, изоляторы и полупроводники — Справочник химика 21


    Химия играет важную роль в решении энергетической проблемы (химические источники тока гальванические и топливные элементы, аккумуляторы), в создании соответствующих материалов для электротехнической промышленности и атомной энергетики (проводники и изоляторы полупроводники материалы и горючее для атомных реакторов и т. п.). [c.182]

    Проводники, изоляторы и полупроводники [c.119]

    Особое место среди электропроводящих материалов занимают так называемые полупроводники. При низких температурах они характеризуются очень низкой электрической проводимостью, близкой к таковой диэлектриков — типичных представителей изоляторов. С повышением температуры их электрическая проводимость сильно (по экспоненциальной зависимости) повыщается, приближаясь к таковой металлов — типичных представителей проводников электрического тока. Кроме того, электрическая проводимость полупроводников сильно зависит от внешнего воздействия (давления, освещенности, наличия электрического и магнитного полей и т. п.), а также от содержания примесей и дефектов в кристаллах. Возможность в широких пределах управлять электрической проводимостью полупроводников изменением температуры, введением примесей, механическим воздействием, действием света, а также электрического и магнитного полей положена в основу их разнообразного применения. Их используют при изготовлении всевозможных диодов, транзисторов, тиристоров, фото- и термоэлектронных приборов, в качестве лазерных материалов и т. д. (см. разд. 1.22). [c.261]

    Теперь можно рассмотреть основные различия между проводниками, изоляторами и полупроводниками. [c.119]

    В зависимости от структуры атомов и симметрии кристаллической решетки валентная зона и зона проводимости могут перекрывать рис. 75, б) пли не перекрывать друг друга (рис. 75, а). В последнем лучае между зонами имеется энергетический разрыв, именуемый запрещенной зоной. В соответствии с характером расположения и заполнения зон вещества являются диэлектриками изоляторами), полупроводниками и проводниками (металлами). Ширина запрещенной зоны Af диэлектриков составляет более 3 эВ, полупроводников — от 0,1 до 3 эВ. В металлических кристаллах вследствие перекрывания зон запрещенная зона отсутствует. [c.116]


    По способности проводить электрический ток вещества делятся на проводники, полупроводники и изоляторы (диэлектрики). Такое деление довольно условно. Нет веществ, абсолютно не способных проводить электрический ток, и иногда трудно отнести вещество к тому или иному классу. Электропроводимость зависит от температуры, давления, чистоты вещества (содержание примесей), кристаллической структуры (ср., например, алмаз и графит, белое и серое олово), характера химических связей и других факторов. [c.179]

    Расположение зон (ближе или дальше друг от друга) и их заполненность электронами обусловливают свойства кристалла как диэлектрика (изолятора), полупроводника и проводника. При условии перекрывания валентной зоны и зоны проводимости вещество ведет себя как проводник. Если зоны не перекрываются, достаточно далеко удалены друг от друга и валентная зона полностью заполнена электронами, вещество проявляет свойства диэлектрика. Энергетический разрыв между зоной проводимости и валентной зоной называется запрещенной зоной. Количественно способность веществ проводить электрический ток оценивается по ширине запрещенной зоны Е. У диэлектриков ширина запрещенной зоны выше 3 эВ, у полупроводников от 3 до 0,1 эВ и у проводников (металлов) запрещенная зона отсутствует, АЕ=0 (рис. 4.15). [c.182]

    В зависимости от ширины запрещенной зоны все кристаллические вещества подразделяются на проводники (металлы), полупроводники и диэлектрики (изоляторы). [c.84]

    Все сказанное позволяет следующим образом конкретизировать влияние носителя химическая природа носителя оказывает решающее влияние на адсорбционное равновесие между активными центрами и исходными веществами, но свойства самого АПС не зависят от носителя, будь то изолятор, полупроводник или проводник. [c.125]

    На основании этих представлений можно объяснить многие свойства металлов. На рис. 6-73 а показано, что при равновесных расстояниях между ядрами между заполненным и верхним незаполненным уровнями (зона проводимости) существует разрыв. Его нет на диаграмме, изображенной на рис. 6-73 б. Способность электронов перемещаться из высшей заполненной (валентной) зоны в соседнюю незаполненную (зона проводимости) отличает металлический проводник от полупроводника или изолятора. [c.281]

    Схема расположения энергетических уровней в диэлектрике (изоляторе), полупроводнике и проводнике (металле) показана на рис. 1. Косой штриховкой изображены заполненные уровни электронов, прочно связанные с решеткой твердого тела, а прямой — свободные уровни электронов, или уровни проводимости. Электроны проводимости свободно передвигаются но всему кристаллу и служат переносчиками электрического тока. Металлы обладают наибольшим количеством электронов проводимости. [c.192]

    По способности проводить электрический ток полупроводники занимают промежуточное положение между изоляторами и металлическими проводниками. Особенность полупроводников — ярко выраженная способность повышать электропроводность с повышением температуры. В результате интенсивного теплового движения атомы утрачивают наружные электроны, которые служат носителями электрического тока. Достижения химии в разработке методов получения чистого кремния открывают большие возможности в развитии полупроводниковой техники. Для кремния необходима такая степень чистоты, чтобы на один миллиард атомов приходилось не больше одного атома иного элемента. Искусственно выращенные кристаллы чистого кремния используются в качестве полупроводников. [c.189]

    В соответствии с характером расположения и заполнения зон вещества могут быть диэлектриками изоляторами), полупроводниками и проводниками металлами). У диэлектриков ширина запрещенной зоны кЕ составляет более 3 эв, у полупроводников от 0,1 до 3 эв. В металлических кристаллах вследствие перекрывания валентной зоны и зоны проводимости запрещенная зона отсутствует. [c.134]

    Итак, полимерные тела, построенные на основе ковалентных связей, занимают среднее положение между ионными солями и металлами, причем переход от одного класса соединений к другому происходит постепенно по мере увеличения степени ионности или металлического характера связи. В табл. 6 приведены значения удельного сопротивления и ширины запрещенной зоны при комнатной температуре для изоляторов, полупроводников и проводников электричества, а также для взятых в качестве примера элементов IV группы периодической системы. [c.46]

    Изолятор. . . Полупроводник Проводник. . Алмаз. . . . Кремний. . . Германий. . . Олово (серое) Олово (белое) [c.47]

    Элементы можно подразделить на классы 1) проводники, 2) полупроводники и 3) неметаллы, или изоляторы. Элементы периодической системы, у которых 5-, й- или /-уровни заполняются электронами, т. е. элементы 5-, й- и /-блоков (см. табл. 2 на стр. 57), относятся к первому классу. В р-блок входят элементы всех трех классов, хотя аллотропные модификации некоторых из этих элементов принадлежат к различным классам. Хорошо известно, что в р-блоке периодической системы металлические свойства элементов в пределах отдельных групп усиливаются с увеличением их порядкового номера. Так, например, кислород и сера — изоляторы, кремний — изолятор или полупроводник в зависимости от кристаллической формы, в которой он находится, теллур — полупроводник, а полоний — проводник. [c.77]


    Для хорошего функционирования ИСПТ между проводниками к электроду сравнения и к полупроводниковой подложке должно быть приложено достаточно высокое входное напряжение Ус. Это вызвано тем, что разность потенциалов между поверхностью и внутренней областью подложки должна быть достаточно велика для образования проводящего канала п-типа на границе раздела изолятор — полупроводник. Этот капал служит проводником между коллектором 1 и эмиттером 2 электронов, которые связаны с полупроводником посредством р—п-перехода. При наложении напряжения между коллектором и эмиттером в коллекторе начинает протекать потребляемый ток /о. В определенных условиях потребляемый ток является [c.89]

    Так как свойства вещества — механические, электрические, оптические, химические — определяются энергетическим состоянием валентных электронов, то в первую очередь нас интересует соответствующий участок энергетического спектра. Параметры последнего — значения ширины валентной, запрещенной зон, зоны проводимости и положение различных локализованных уровней — могут быть определены путем изучения оптических спектров, электропроводности и других свойств твердого вещества (см. гл. IX). Зная эти параметры, можно решать обратную задачу определять по ним неизвестные нам свойства вещества. Не случайно общепринятое деление твердых веществ на изоляторы, проводники, полуметаллы и металлы основывается на значениях ширины запрещенной зоны. Возьмем, например, ряд простых веществ алмаз, кремний, германий, олово, свинец. Каждое из этих вещёств по-своему замечательно и каждое используется как незаменимый материал, но в совершенно различных областях техники, а кремний и германии находят применение в полупроводниковой технике. Природа данных веществ изменяется скачками, как атомные номера соответствующих элементов. Скачками изменяется и ширина запрещенной зоны при переходе от одного аналога к другому. Для алмаза эта величина составляет 5,6 эВ. Это — изолятор, самое твердое из веществ. Для кремния она равна 1,21 эВ. Такой энергетический барьер уже много доступнее для валентных элек- тронов отсюда полупроводниковые свойства данного вещества. Ширина запрещенной зоны германия 0,78 эВ — он полупроводник с высокой подвижностью носителей тока — электронов и дырок. Наконец, серое олово по ширине запрещенной зоны, равной всего 0,08 эВ, занимает последнее место в данном ряду и относится скорее к металлам, чем к полупроводникам, а белое олово — настоящий металл. Так с изменением ширины запрещенной зоны закономерно изменяется природа твердого вещества. [c.105]

    Жидкости и твердые тела по электропроводности могут быть разделены на следующие категории изоляторы, полупроводники, проводники с ионной проводимостью, металлические проводники, сверхпроводники. [c.134]

    Свойства металлов и ковалентных каркасных кристаллов можно интерпретировать в рамках представлений о делокализованных молекулярных орбиталях, рассматривая весь исследуемый объем вещества как одну гигантскую молекулу . Основанная на таких представлениях зонная теория позволяет объяснить многие наблюдаемые свойства проводников, полупроводников и диэлектриков (изоляторов). [c.640]

    По каким свойствам можно отличить полупроводник от изолятора и проводника  [c.69]

    Следующая за ней разрешенная зона называется зоной проводимости. Относительное расположение этих зон для проводника, полупроводника и изолятора приведено на рис. 40. [c.131]

    У диэлектриков эта величина обычно не превосходит 10″ ом -см Величина же электрической проводимости полупроводников (в зави симости от условий их работы) может быть самой разнообраз ной, лежащей в широких границах 10 -i- 10 ом -см , т. е может изменяться в миллионы раз. Вообще следует отметить, что резкую грань между указанными тремя классами веществ (проводники, полупроводники, изоляторы) провести нельзя. [c.452]

    Промежуточное положение между металлами и непроводниками электрического тока ( изоляторами) занимают полупроводники (рис. 111-65). Электронами у них заполнены все подуровни валентной зоны, но запрещенная зона ( ) настолько узка, что перевод части электронов в зону проводимости требует сравнительно небольшой затраты энергии (например, для кремния—1,10 эв, а для германия — 0,75 эв). Следовательно, само по себе вещество является непроводником, но более или менее легко превращается в проводник под влиянием некоторых внешних воздействий (усиления электрического поля, нагревания, освещения). По устранении таких воздействий электроны возвращаются на низший энергетический уровень и вещество вновь становится непроводником. [c.112]

    В полупроводнике, представляющем собой химическое соединение, свободных носителей тока нет. Только тепловое движение, поглощение света или другие энергетические факторы приводят к возбуждению электронов и делают вещество проводником электричества. Тепловое движение ослабевает с понижением температуры, соответственно убывает и электропроводность полупроводников, падая до нуля. При достаточно низкой температуре полупроводник становится изолятором, и резкой границы между ними нет. В то же время металл нельзя превратить в проводники другого типа термической обработкой. [c.160]

    В соответствии с характером расположения и заполнения зон вещества являются диэлектриками (изоляторами), полупроводниками и проводниками (металлами). Шащна запрещенной зоны АЕ диэлектриков составляет более 3 эв, полупроводников — от 0,1 эв до [c.149]

    Распад метастабильных состояний лежит в основе целого ряда явлений, К ним относятся, в частности, Ограспад (см. Радиоактивность), колебат. и вращат. предиссоциацил, автоионизация атомов в сильном электрич. поле, ионизация атомов и молекул в сильном электромагн, поле. Туннельное прохождение электронов из одного проводника (или полупроводника) в другой через слой изолятора (туннельный ток) является макроскопич. эффектом, обусловленным Т, э. Это явление лежит в основе туннельной сканирующей микроскопии твердых тел. [c.18]

    Сведения о полимерном строении цолучают, исследуя свойства растворов, 1Строение кристаллов, механические и физико-химические свойства неорганических полимеров. Структура нерастворимых полимеров, длина и углы связей, строение элементарной ячейки исследуются рентгенографическими и электронографическими методами. Неорганические вещества могут быть изоляторами, полупроводниками и проводниками электричества. Изучение электропроводности дает ценные сведения о их строении. Наблюдения за изменением теплоемкости и механических свойств полимеров в зависимости от температуры позволяют выяснить строение и свойства не только макромолекул, но иногда и надмолекулярных структур. [c.20]

    В первой половине прошлого столетия определилась классификация материалов по степени электропроводности. Были выделены три группы проводники (металлы), полупроводники и изоляторы. При сильной загрязненности материалов, какими пользовались исследователи того времени, не удивительно, что и здесь не обошлось без ошибок. Некоторые вещества, причисленные к полупроводникам, позднее перекочевали в группу металлов, и наоборот. Такой типичный полупроводник, как германий, полстолетия ходил в металлах , пока глубокая очистка не позволила обнаружить его подлинные свойства. [c.31]

    Полупроводниковая миграция энергии (зонная проводимость) отличается от рассмотренных тем, что энергия переносится с помощью относительно свободно перемещающихся зарядов. Все твердые тела по своим электрическим свойствам разделяются на проводники, изоляторы и полупроводники. В основу такого подразделения положен характер строения и заполнения электронами энергетических уровней (орбит). Каждая из электронных орбит атомов или молекул в твердых, преимущественно кристаллических телах, формирует зоны близкорасположенных уровней с участием лишь внешних валентных электронов (электроны внутренних оболочек прочно связаны с ядром). При этом возникают делокали-зованные орбиты, распространяющиеся практически на весь кристалл, и электрон получает возможность передвигаться в его пределах. В проводниках обычно создается одна зона, частично заполненная электронами. Поэтому при наложении напряжения заряды, используя незаполненные уровни, могут легко перемещаться — возникает электрический ток. В противоположность этому у полупроводников и изоляторов валентная (заполненная) зона энергетических уровней отделена от зоны проводимости не заполненной электронами запрещенной зоной АЕ. У изоляторов энергетическая ширина запретной зоны больше (Д >ЗэВ), чем у полупроводников (А ОэВ). Следовательно, у полупроводников электрический ток возникает только тогда, когда электрон из валентной заполненной зоны попадает в зону проводимости, т. е. приобретает внешнюю энергию, равную или большую АЕ. Одним из источников этой энергии является свет. При освещении резко возрастает электропроводность — явление фотопроводимости. Ширина запретной зоны определяется по красной границе электропро- [c.26]

    В изоляторе 02 или 31зН4), отделяющем мембрану от полупроводниковой подложки (обычно это проводник р-типа), возникает электрическое поле, способное увеличивать или уменьшать плотность подвижных носителей заряда (дырок) в поверхностном слое полупроводника. Когда дырки отталкиваются от границы раздела изолятор — полупроводник обратно в полупроводник, в полупроводнике возникает зона поверхностного заряда. Если разность электрических потенциалов внутри и на поверхности полупроводника достаточно велика, то на поверхности образуется избыток подвижных электронов, или, другими словами, проводящий канал п-типа. Этот канал отделен от внутренней области проводника зоной поверхностного заряда. [c.89]

    В периодической системе нет резкой границы между элементами с металлической структурой и элементами с ковалентной каркасной структурой (рис. 14-8). Это видно из того, что кристаллы некоторых элементов обладают свойствами, промежуточными между проводниками и изоляторами. Кремний, германий и а-модификация олова (серое олово) обладают кристаллической структурой алмаза. Однако межзонная щель между заполненной и свободной зонами в этих кристаллах намного меньше, чем для углерода. Так, ширина щели для кремния составляет всего 105 кДж моль (Как мы уже знаем, для углерода она равна 502 кДж моль .) Для германия ширина межзонной щели еще меньше, 59кДж моль а для серого олова она лишь 7,5 кДж моль Ч Металлоиды кремний и германий называются полупроводниками. [c.631]

    Классификация Рогинского [1 ] основана на том, что на катализаторах первого класса получаются радикалоподобные, а на катализаторах второго класса — ионоподобные соединения она дает общий, и потому качественный, ответ на вопрос о селективности. В ее первоначальной форме эта классификация идентифицировала первый класс как электронные проводники (металлы и полупроводники), а второй класс — как твердые тела, в которых нет свободных электронов (изоляторы), и это подразделение послужило основой для так называемой электронной теории катализа, развитой, в частности, Волькенштейном [2] на основе чисто физической модели твердого тела. Однако ценность классификации Рогинского не связана с одной этой частной теорией. [c.14]

    Большинство катализаторов гидрокрекинга—полупроводники. В отличие от металлов (проводники), для которых переход электронов из валентной зоны в зону проводимости осуществляется легко, без преодоления энергетического барьера, в полупроводниках этот переход требует преодоления энергетического барьера, так называемой энергии акт1шации электропроводности Это объясняется те.м, что в металле атомы — нейтральг ые частицы, и электроны обобществлены. В окислах или сульфидах находятся ионы металлов, и для отрыва электронов требуется затрата энергии. По-этo iy окислы металлов (кроме окислов-изоляторов) начинают проводить ток только после нагревания. В любом окисле или сульфиде всегда сл ществуют пpи [e и пли нарушение стехнометрического состава (избыток. металла или избыток металлоида). [c.145]

    Почему графит — проводник, алмаз — изолятор, ни при нагревании ]о,/ у1]роиодник (высокотемпературный полупроводник) [c.103]

    Электронная структура полимеров определяется характером существующей химической связи между атомами элементарного звена и между отдельными участками макромолекулы. Например, в молекуле белка кератине, являющегося основой строения натурального волокна — шерсти, существуют ковалентные полярные связи с высокой долей делокализации электронной плотности между атомами пептидной группировки -НЯС-СО-КН-, составляющей скелет макромолекулы. Кроме этого, внутри макромолекулы и между макромолекулами существуют другие виды химической связи, также определяющие пространственную конфигурацию (конформацию) макромолекулы водородные связи, вандерваальсовы и другие виды взаимодействий. Но электронн-ная структрура полимеров не всегда может быть представлена как сумма электронных структур отдельных его участков. Вследствие большого числа атомов, участвующих во взаимодействии, для полимеров, так же, как и для твердых тел, но при гораздо большем числе влияющих факторов, могут быть рассчитаны валентная зона и зона проводимости. По величине расщепления — разности энергий между ближайшими границами этих зон, могут быть выделены полимеры — изоляторы, полимеры — полупроводники и полимеры — проводники электрического тока. Для полимеров с бесконечными цепями атомов, обеспечивающих делокализацию электронов по всей макромолекуле, предсказывают и сверхпроводящие свойства. [c.613]


Что такое полупроводники и проводники?

В основном полупроводники и проводники в основном используются в различных типах электрических и электронных компонентов. Полупроводник — это один из материалов, похожий на кремний, и он обладает некоторыми свойствами как изоляторов, так и проводников. Поведение электрического тока в кремнии очень плохое. Однако, если мы отнесем к Si некоторые почвы, такие как бор или фосфор, то он проводит. Но его поведение в основном зависит от добавленных грунтов.Когда мы добавляем фосфорную почву в кремний, он становится полупроводником n-типа. Точно так же, когда мы добавляем бор к Si, он становится полупроводником p-типа. Количество электронов в полупроводнике p-типа меньше, чем в чистом полупроводнике, тогда как в полупроводнике n-типа электронов больше.


Что такое полупроводники и проводники?

Все компоненты, используемые в современной электронике, изготовлены из полупроводников. Основное свойство полупроводника заключается в том, что он проводит меньше.Полупроводник не будет легко проводить электрический ток, как обычный проводник. В некоторых материалах используются собственные полупроводники, и в этих материалах проявляются полупроводниковые свойства. Но большинство материалов, используемых в современной электронике, являются внешними. Их можно превратить в полупроводники, добавив в них небольшое количество неизвестных атомов. Но количество атомов, которое необходимо добавить для легирования, очень мало.

Полупроводники и проводники

Проводники, которые в основном используются в современной электронике, представляют собой металлы, включая сталь, алюминий и медь.Эти материалы подчиняются закону Ома, а также имеют очень малое сопротивление. Таким образом, они могут передавать электрический ток из одного места в другое, не растворяя много токов.

В результате они полезны при соединении проводов для передачи тока из одного места в другое. Они помогают гарантировать, что большая часть электрического тока достигает своей цели вместо нагрева соединительных проводов между ними! Несмотря на то, что это издает странный звук, токовые резисторы также отделаны проводящими материалами.Но в них используются очень тонкие части проводника, которые не позволяют току течь слишком просто.

Ленточные модели полупроводников и проводников

Полупроводник в основном является изолятором. Но энергетический разрыв меньше, если сравнивать с изоляторами. Валентная зона частично термически заполнена при комнатной температуре, а зона проводимости несколько свободна. Потому что электрическая передача напрямую связана с количеством электронов в зоне пропускания (примерно пустая), а также с количеством дырок в валентной зоне (полностью занятой).Можно оценить, что электрическая проводимость собственного полупроводника будет крайне мала.

Зонные модели полупроводников и проводников

В зонной модели проводника валентная зона не полностью используется электронами, в противном случае полная валентная зона перекрывается через пустую зону проводимости. Как правило, оба состояния происходят одновременно, поток электронов может двигаться в неполностью упакованной валентной зоне, в противном случае — в пределах двух перекрывающихся зон. В них нет разрыва для полосы между валентностью и проводимостью.

Разница между полупроводниками и проводниками

Разница между полупроводниками, а также проводниками, в основном включает такие характеристики, как проводимость, удельное сопротивление, запрещенный зазор, температурный коэффициент, проводимость, значение проводимости, значение удельного сопротивления, протекание тока, количество носителей тока при нормальной температуре, перекрытие полос, 0 градусов Кельвина. Поведение, образование, валентные электроны и их примеры.

  • Удельное сопротивление проводника низкое, а полупроводника среднее.
  • Проводимость проводника высокая, а полупроводника средняя.
  • У проводника есть большое количество электронов для передачи, в то время как у полупроводника очень мало электронов для передачи.
  • Температурный коэффициент проводника положительный, тогда как у полупроводника отрицательный.
  • У проводника нет запрещенной зоны, тогда как у полупроводника есть запрещенная зона.
  • Значение удельного сопротивления проводника меньше 10-5 Ом-м, поэтому им можно пренебречь, в то время как полупроводник имеет одно из значений проводников и изоляторов, т.е.е. от 10-5 Ом-м до 105 Ом-м.
  • Количество носителей тока при обычной температуре в проводнике очень велико, тогда как в полупроводниках оно мало.
  • Значение проводимости проводника очень высокое, 10-7 МОм/м, тогда как у полупроводников среди изоляторов и проводников оно составляет от 10-13 МОм/м до 10-7 МОм/м.
  • Течение тока в проводнике обусловлено свободными электронами, тогда как в полупроводниках — дырками, а также свободными электронами.
  • Формирование проводника может быть сделано за счет металлической связи, тогда как в полупроводнике он может быть образован за счет ковалентной связи.
  • Проводник с температурой 0 Кельвинов действует как сверхпроводник, тогда как полупроводник действует как изолятор.
  • Валентных электронов в проводнике один на внешней оболочке, тогда как в полупроводнике их четыре.
  • Перекрытие зон в проводнике состоит в том, что валентная зона и зона проводимости перекрываются, тогда как в полупроводнике обе зоны разделены энергетическим пространством 1,1 эВ
  • Основными проводниками являются медь, серебро, ртуть и алюминий, тогда как полупроводниками являются кремний и германий.

Таким образом, это все о сравнении полупроводников и проводников. Электрические проводники — это материалы или объекты, которые позволяют току течь в одном направлении, в противном случае — в нескольких направлениях. Хорошими проводниками в основном являются медь, алюминий и железо. Полупроводники – это твердые вещества, обладающие электропроводностью. Это свойство делает его подходящим для управления электрическим током.

Из приведенной информации, наконец, можно сделать вывод, что проводник имеет нулевое сопротивление, тогда как в полупроводниках имеется возможность управления протеканием тока.Это свойство используется для разработки требований к электронным схемам в реальном времени с полупроводниками. Вот вопрос к вам, каковы области применения полупроводников и проводников?

Разница между проводником и полупроводником (с таблицей) – спросите о разнице

Проводники и полупроводники можно отличить друг от друга в зависимости от проводимости и других свойств. Проводники, такие как металлы, т.е. медь и алюминий проявляют проводимость при нормальной комнатной температуре.Но если температура повышается, они, как правило, теряют свои способности к проводимости. Однако полупроводники имеют тенденцию действовать как изоляторы при низких температурах, тогда как они действуют как проводники при высоких температурах.

Проводник и полупроводник

Основное различие между проводником и полупроводником заключается в том, что существуют разные уровни проводимости. И проводник, и полупроводник имеют широкий спектр универсальных применений, которые человек использует в своей повседневной жизни.Хотя между ними мало сходства, но они сильно отличаются друг от друга.

Проводники позволяют энергии легко течь по ним. Будь то тепло, электричество или даже звук. В физике проводники — это объект или тип материалов, которые позволяют течь в одном или нескольких направлениях. В основном металлы являются очень хорошими проводниками, за исключением таких исключительных случаев, как золото, ртуть и т. д.

Материал, который является полупроводником, имеет уровень проводимости электричества, значение которого находится между проводниками, такими как алюминий и медь, и изоляторами, такими как резина и стекло. .В случае полупроводников, чем больше температура, тем меньше удельное сопротивление, что противоположно проводникам. Несколько примеров полупроводников — кремний, арсенид галлия и германий.

Таблица сравнения между проводником и Semiconductor
Параметры сравнения Дирижер Semiconductor
Проводимость Очень высокая или высокая Умеренный
Удельное сопротивление Низкое Среднее
Проводимость Использует много электронов для проводимости. Использует меньше электронов для проводимости
Поток тока Это вызвано потоком свободных электронов. Это вызвано наличием свободных электронов и дырок.
Примеры Золото, серебро, алюминий, медь и т. д. Кремний, арсенид галлия и германий.

Что такое Проводник ?

Проводники — это материалы, способные передавать энергию в виде тепла, электричества или звука.Этот процесс происходит в результате того, что проводники заменяют   электронов для перехода от одного атома к другому путем приложения напряжения соответствующей степени.

У проводников уровень проводимости высокий, а удельное сопротивление низкое. Материалы, состоящие из металлов, являются лучшими проводниками. Но есть неметаллы, такие как проводящий полимер и графит, которые также служат проводником. Проводник имеет огромное количество электронов для передачи, а также у него нет запрещенной зоны.

Значение мощности проводника очень высокое, 10-7МОм/м. Проводник ведет себя как сверхпроводник, когда его температура равна 0 градусов Кельвина.

Большинство проводников сплошные. Но есть и жидкие металлы, которые служат отличными проводниками, как и металлы. Газы, однако, являются плохими проводниками, но когда они ионизированы, они становятся хорошими проводниками. Примерами естественных проводников являются Земля, животные, человеческое тело и металлы.

Существуют различные полезные применения проводников, которыми мы пользуемся ежедневно.Например, железо используется для изготовления и производства двигателей транспортных средств для проведения тепла. Алюминий, с другой стороны, используется в основном в посуде, поскольку он поглощает и сохраняет тепло, а также используется для упаковки продуктов. Ртуть используется для измерения температуры тела и используется в термометрах.

Что такое полупроводник?

Полупроводники представляют собой материалы, проводимость которых находится между проводниками и изоляторами. Они имеют умеренный уровень проводимости, который может меняться в зависимости от температуры.При высокой температуре уровень проводимости также увеличивается, а при понижении температуры те же материалы можно рассматривать как изолятор. Однако в естественном состоянии они очень плохие проводники.

Свойства полупроводника можно изменить путем введения примесей в проводники. Значение мощности полупроводников может быть от 10-13 мОм/м до 10-7 мОм/м.

Полупроводники обладают широким спектром полезных характеристик. Поведение полупроводников при температуре 0 Кельвинов превратит их в изоляторы.

Например, пропускающий ток в одном направлении, демонстрирующий переменное сопротивление, а также чувствительный к свету или теплу. Полупроводники используют меньшее количество электронов для проводимости по сравнению с проводниками. Однонаправленный поток тока происходит из-за наличия свободных электронов и дырок.

Полупроводники используются при производстве ряда электронных устройств, таких как транзисторы, интегральные схемы и диоды. Они используются в силовых устройствах, оптических датчиках, излучателях света, а также для производства солнечных элементов с помощью полупроводников p-типа и n-типа.Они имеют большие возможности обработки напряжения и электрического тока.

Эти устройства экономичны и компактны, надежны, просты в использовании, а также энергоэффективны. Несколько примеров полупроводниковых материалов: кремний, олово, теллур, германий и другие оксиды металлов.

Основные различия между проводником и полупроводником
  1. Уровень проводимости у проводников высокий, а у полупроводников умеренный, т.е.он не слишком высок и не слишком низок.
  2. Уровень удельного сопротивления проводников очень низкий, а у полупроводников средний уровень удельного сопротивления.
  3. Течение тока в проводниках происходит из-за свободного потока электронов, тогда как в полупроводниках последнее происходит из-за наличия свободных электронов и дырок.
  4. Проводники образованы металлической связью, тогда как полупроводники образованы ковалентной связью.
  5. Во внешней оболочке валентный электрон у проводников всего один, а у полупроводников — четыре.
  6. Примерами проводников являются золото, серебро, алюминий, медь, тогда как примерами полупроводников являются кремний, арсенид галлия и германий.

Заключение

Мы, люди, используем в повседневной жизни как проводники, так и полупроводники.

Проводники, которые можно найти в повседневных ситуациях, подобны термометру, который использует ртуть для измерения температуры тела. Затем сковорода, сделанная из железа, использует свои характеристики проводимости для передачи тепла от пламени к пище.

Полупроводники, однако, используются менее очевидным образом по сравнению с проводниками. Они используются в качестве транзисторов от технологии очень большой интеграции (VLSI) до крошечных, используемых почти во всех беспроводных гаджетах, которые мы используем. Полупроводники также используются для производства солнечных элементов, состоящих из полупроводников p-типа и n-типа.

Ссылки
  1. https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4895102
  2. https://books.google.com/books?hl=en&lr=&id=Ty5Ymlg_Mh0C&oi=3nd =проводник+и+полупроводник+материалы&ots=K7X8yGMhXm&sig=lti9TC1YePeXg-Vwetak-z7KAE4

Проводник, изолятор и полупроводник – исследование QS

Мы знаем, что электрический ток – это поток зарядов через материал.Этот электрический ток может очень легко проходить через некоторое вещество. Есть среды, через которые электричество вообще не может двигаться. Твердые материалы делятся на три группы в зависимости от их электропроводности. Например – (1) проводник (2) изолятор (3) полупроводник.

Материалы, через которые не может течь электрический ток, называются изоляторами. Они   не имеют свободных носителей заряда и, следовательно, непроводят. Следовательно, материалы, в которых электроны не могут свободно перемещаться, являются изоляторами.Это элементы, которые не соглашаются ни с каким потоком электрических обвинений. Например, пластик, резина, дерево, стекло и т. д. Внутри изоляционных материалов нет свободных электронов. Электроны не могут легко течь через материалы пластикового типа. В результате пластмассы являются изолятором для электричества. Валентная зона и зона проводимости разделены шириной запрещенной зоны 6 эВ. Таким образом, электроны не перемещаются из валентной зоны в зону проводимости под влиянием какого-либо теплового возбуждения.

Атомная связь: Основана на общих электронных парах неметаллов.Элементы, которые ведут себя как неметаллы, стремятся улавливать электроны, поэтому свободных электронов, которые могли бы служить носителями заряда, нет.

Ионная связь: В твердом состоянии ионы образуют сетку. За счет электрических сил частицы удерживаются вместе. Свободных носителей заряда, обеспечивающих протекание тока, не существует.

В связи с этим ручки отверток и плоскогубцев, которыми пользуются электрики, покрыты пластиком. Кроме того, медные провода, которые мы используем в повседневных нуждах, покрыты пластиком.

Пример: Дерево, Резина, Стекло, Эбонит, Слюда, Сера, Сухой воздух.

Материалы, по которым очень легко протекает электрический ток, называются проводниками. Обычно это вещества, обладающие свойством пропускать разнородные виды энергии. Электроны могут свободно течь внутри этих материалов. В металлических проводах заряды переносятся электронами. Итак, металлические материалы являются хорошими проводниками электричества. Это элементы, которые позволяют протекать через них электрическому току в зависимости от напряжения.Медь, серебро, алюминий и т. д. являются хорошими проводниками. По этой причине металлические провода используются в качестве электрических соединителей. Проводники имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. Удельное сопротивление проводника равно 10 -8 Ом/см.

Пример: медь, ртуть, серебро, алюминий, вода, кислоты, человеческое тело, металлическая соль, уголь.

Материалы, чья проводимость по току находится между проводниками и изоляторами при нормальной температуре, называются полупроводниками.Это твердые тела, проводимость которых находится между проводимостями проводников и изоляторов. Например — германий, кремний и т.д. Это элементы, проводимость которых находится между изоляторами и проводниками. Токопроводящая способность полупроводника может быть увеличена путем добавления подходящих примесей. При температуре абсолютного нуля полупроводник ведет себя как изолятор, тогда как при тепловом возбуждении носители заряда начинают перемещаться из валентной зоны в зону проводимости.

Из-за обмена электронами — для достижения структуры инертных газов — полупроводники образуют решетчатую структуру.В отличие от металлов проводимость увеличивается с повышением температуры.

Пример: германий, кремний, хлопок, шерсть, мрамор, песок, бумага, слоновая кость, влажный воздух.

1. Свойства полупроводников: Hitachi High-Tech GLOBAL

Название «полупроводник» широко известно, но что такое полупроводники?
Полупроводники обладают особыми электрическими свойствами. Вещество, которое проводит электричество, называется проводником, а вещество, которое не проводит электричество, называется изолятором.Полупроводники — это вещества со свойствами где-то между ними.
Электрические свойства можно определить по удельному сопротивлению. Такие проводники, как золото, серебро и медь, имеют низкое сопротивление и легко проводят электричество. Такие изоляторы, как резина, стекло и керамика, обладают высоким сопротивлением и через них плохо проходит электричество. Полупроводники имеют свойства где-то между этими двумя. Например, их удельное сопротивление может меняться в зависимости от температуры. При низкой температуре через них практически не проходит электричество.Но при повышении температуры через них легко проходит электричество.
Полупроводники, почти не содержащие примесей, почти не проводят электричество. Но когда к полупроводникам добавляют какие-то элементы, через них легко проходит электричество.
Полупроводники, состоящие из одного элемента, называются элементарными полупроводниками, включая знаменитый полупроводниковый материал кремний. С другой стороны, полупроводники, состоящие из двух или более соединений, называются составными полупроводниками и используются в полупроводниковых лазерах, светодиодах и т. д.

Энергетический браслет

Атом состоит из ядра и электронов, вращающихся вокруг ядра.
Электроны не могут вращаться вокруг ядра на каком-либо расстоянии в атомном пространстве, окружающем ядро, но разрешены только определенные, очень специфические орбиты, и они существуют только на определенных дискретных уровнях. Эти энергии называются энергетическими уровнями. Большое количество атомов собирается, образуя кристалл, и взаимодействует в твердом материале, тогда энергетические уровни становятся настолько близко расположенными, что образуют полосы.Это энергетический диапазон.
Металлы, полупроводники и изоляторы отличаются друг от друга своей зонной структурой. Их полосовые структуры показаны на рисунке ниже.

В металлах зона проводимости и валентная зона располагаются очень близко друг к другу и могут даже перекрываться с энергией Ферми (Ef) где-то внутри. Это означает, что в металле всегда есть электроны, которые могут свободно двигаться и, следовательно, всегда могут переносить ток. Такие электроны известны как свободные электроны.Эти свободные электроны ответственны за ток, протекающий через металл.

В полупроводниках и изоляторах валентная зона и зона проводимости разделены запрещенной энергетической щелью (Eg) достаточной ширины, а энергия Ферми (Ef) находится между валентной зоной и зоной проводимости. Чтобы попасть в зону проводимости, электрон должен набрать достаточно энергии, чтобы перепрыгнуть через запрещенную зону. Как только это будет сделано, он может проводить.

В полупроводниках при комнатной температуре ширина запрещенной зоны меньше, тепловой энергии достаточно, чтобы позволить электронам довольно легко перепрыгивать через щель и совершать переходы в зоне проводимости, учитывая ограниченную проводимость полупроводника.При низкой температуре ни один электрон не обладает достаточной энергией, чтобы занять зону проводимости, и, следовательно, движение заряда невозможно. При абсолютном нуле полупроводники являются идеальными изоляторами. Плотность электронов в зоне проводимости при комнатной температуре не так высока, как в металлах, поэтому они не могут проводить ток так же хорошо, как металл. Электропроводность полупроводника не такая высокая, как у металла, но и не такая плохая, как у электрического изолятора. Вот почему этот тип материала называется полупроводником, что означает полупроводник.

Ширина запрещенной зоны для изоляторов велика, поэтому очень немногие электроны могут перепрыгнуть через нее. Следовательно, ток в изоляторах протекает с трудом. Разница между изоляторами и полупроводниками заключается в размере энергии запрещенной зоны. В изоляторе, где запрещенная зона очень велика, и в результате энергия, необходимая электрону для перехода в зону проводимости, практически достаточно велика. Изоляторы плохо проводят электричество. Это означает, что электропроводность изолятора очень плохая.

Полупроводниковый кристалл, используемый для ИС и т. д., представляет собой монокристалл кремния высокой чистоты 99,999999999%, но при фактическом создании схемы добавляются примеси для управления электрическими свойствами. В зависимости от добавленных примесей они становятся полупроводниками n-типа и p-типа.

Пятивалентный фосфор (P) или мышьяк (As) добавляют к кремнию высокой чистоты для полупроводников n-типа. Эти примеси называются донорами. Энергетический уровень донора расположен близко к зоне проводимости, то есть энергетическая щель мала.Затем электроны на этом энергетическом уровне легко возбуждаются в зону проводимости и вносят свой вклад в проводимость.

С другой стороны, трехвалентный бор (B) и т. д. добавляют в полупроводник р-типа. Это называется акцептор. Энергетический уровень акцептора близок к валентной зоне. Поскольку здесь нет электронов, здесь возбуждаются электроны в валентной зоне. В результате в валентной зоне образуются дырки, что способствует проводимости.

Название «полупроводник» широко известно, но что такое полупроводники?
Полупроводники обладают особыми электрическими свойствами.Вещество, которое проводит электричество, называется проводником, а вещество, которое не проводит электричество, называется изолятором. Полупроводники — это вещества со свойствами где-то между ними.
Электрические свойства можно определить по удельному сопротивлению. Такие проводники, как золото, серебро и медь, имеют низкое сопротивление и легко проводят электричество. Такие изоляторы, как резина, стекло и керамика, обладают высоким сопротивлением и через них плохо проходит электричество. Полупроводники имеют свойства где-то между этими двумя.Например, их удельное сопротивление может меняться в зависимости от температуры. При низкой температуре через них практически не проходит электричество. Но при повышении температуры через них легко проходит электричество.
Полупроводники, почти не содержащие примесей, почти не проводят электричество. Но когда к полупроводникам добавляют какие-то элементы, через них легко проходит электричество.
Полупроводники, состоящие из одного элемента, называются элементарными полупроводниками, включая знаменитый полупроводниковый материал кремний.С другой стороны, полупроводники, состоящие из двух или более соединений, называются составными полупроводниками и используются в полупроводниковых лазерах, светоизлучающих диодах и т. д.

Энергетический браслет

Атом состоит из ядра и электронов, вращающихся вокруг ядра.
Электроны не могут вращаться вокруг ядра на каком-либо расстоянии в атомном пространстве, окружающем ядро, но разрешены только определенные, очень специфические орбиты, и они существуют только на определенных дискретных уровнях.Эти энергии называются энергетическими уровнями. Большое количество атомов собирается, образуя кристалл, и взаимодействует в твердом материале, тогда энергетические уровни становятся настолько близко расположенными, что образуют полосы. Это энергетический диапазон.
Металлы, полупроводники и изоляторы отличаются друг от друга своей зонной структурой. Их полосовые структуры показаны на рисунке ниже.

В металлах зона проводимости и валентная зона располагаются очень близко друг к другу и могут даже перекрываться с энергией Ферми (Ef) где-то внутри.Это означает, что в металле всегда есть электроны, которые могут свободно двигаться и, следовательно, всегда могут переносить ток. Такие электроны известны как свободные электроны. Эти свободные электроны ответственны за ток, протекающий через металл.

В полупроводниках и изоляторах валентная зона и зона проводимости разделены запрещенной энергетической щелью (Eg) достаточной ширины, а энергия Ферми (Ef) находится между валентной зоной и зоной проводимости. Чтобы попасть в зону проводимости, электрон должен набрать достаточно энергии, чтобы перепрыгнуть через запрещенную зону.Как только это будет сделано, он может проводить.

В полупроводниках при комнатной температуре ширина запрещенной зоны меньше, тепловой энергии достаточно, чтобы позволить электронам довольно легко перепрыгивать через щель и совершать переходы в зоне проводимости, учитывая ограниченную проводимость полупроводника. При низкой температуре ни один электрон не обладает достаточной энергией, чтобы занять зону проводимости, и, следовательно, движение заряда невозможно. При абсолютном нуле полупроводники являются идеальными изоляторами. Плотность электронов в зоне проводимости при комнатной температуре не так высока, как в металлах, поэтому они не могут проводить ток так же хорошо, как металл.Электропроводность полупроводника не такая высокая, как у металла, но и не такая плохая, как у электрического изолятора. Вот почему этот тип материала называется полупроводником, что означает полупроводник.

Ширина запрещенной зоны для изоляторов велика, поэтому очень немногие электроны могут перепрыгнуть через нее. Следовательно, ток в изоляторах протекает с трудом. Разница между изоляторами и полупроводниками заключается в размере энергии запрещенной зоны. В изоляторе, где запрещенная зона очень велика, и в результате энергия, необходимая электрону для перехода в зону проводимости, практически достаточно велика.Изоляторы плохо проводят электричество. Это означает, что электропроводность изолятора очень плохая.

Полупроводниковый кристалл, используемый для ИС и т. д., представляет собой монокристалл кремния высокой чистоты 99,999999999%, но при фактическом создании схемы добавляются примеси для управления электрическими свойствами. В зависимости от добавленных примесей они становятся полупроводниками n-типа и p-типа.

Пятивалентный фосфор (P) или мышьяк (As) добавляют к кремнию высокой чистоты для полупроводников n-типа.Эти примеси называются донорами. Энергетический уровень донора расположен близко к зоне проводимости, то есть энергетическая щель мала. Затем электроны на этом энергетическом уровне легко возбуждаются в зону проводимости и вносят свой вклад в проводимость.

С другой стороны, трехвалентный бор (B) и т. д. добавляют в полупроводник р-типа. Это называется акцептор. Энергетический уровень акцептора близок к валентной зоне. Поскольку здесь нет электронов, здесь возбуждаются электроны в валентной зоне.В результате в валентной зоне образуются дырки, что способствует проводимости.

Зонная теория и проводники, изоляторы и полупроводники — Проводники, полупроводники и изоляторы — Высшая физика

Проводники

В проводнике нет запрещенных зон между валентной зоной и зоной проводимости. В некоторых металлах зоны проводимости и валентная зона частично перекрываются. Это означает, что электроны могут свободно перемещаться между валентной зоной и зоной проводимости.

Зона проводимости заполнена лишь частично. Это означает, что есть пространство для движения электронов. Когда электроны валентной зоны перемещаются в зону проводимости, они могут двигаться свободно. Это позволяет провести.

Изоляторы

Изолятор имеет большой зазор между валентной зоной и зоной проводимости.

Валентная зона заполнена, так как ни один электрон не может подняться в зону проводимости. В результате зона проводимости пуста.

Только электроны в зоне проводимости могут легко двигаться, поэтому, поскольку в зоне проводимости изолятора нет электронов, материал не может проводить ток.

Полупроводники

В полупроводнике зазор между валентной зоной и зоной проводимости меньше. При комнатной температуре имеется достаточно энергии, чтобы переместить часть электронов из валентной зоны в зону проводимости. Это позволяет иметь место некоторой проводимости.

Повышение температуры увеличивает проводимость полупроводника, потому что большее количество электронов будет иметь достаточную энергию для перемещения в зону проводимости.

Различие между изоляторами и полупроводниками связано с добавлением небольшого количества примеси в полупроводник, которая влияет на энергетические зоны.Этот процесс называется допингом.

Ленточная теория электропроводности

Проводники

Проводник — это материал, способный проводить электричество с минимальным сопротивлением электрическому потоку. Обычно это металл.

Цели обучения

Применить концепцию зонной теории для объяснения поведения проводников.

Ключевые выводы

Ключевые моменты
  • Проводник представляет собой материал, содержащий подвижные электрические заряды.
  • В металлических проводниках, таких как медь или алюминий, подвижными заряженными частицами являются электроны, хотя в других случаях это могут быть ионы или другие положительно заряженные частицы.
  • Зонная теория, согласно которой молекулярные орбитали твердого тела становятся последовательностями непрерывных энергетических уровней, может быть использована для объяснения поведения проводников, полупроводников и изоляторов.
  • Наиболее известные проводники металлические.
Ключевые термины
  • напряжение : Величина электростатического потенциала между двумя точками в пространстве.
  • молекулярная орбиталь : Квантово-механическое поведение электрона в молекуле, описывающее вероятность конкретного положения и энергии электрона; аппроксимируется линейной комбинацией атомных орбиталей.
  • металл : любой из ряда химических элементов периодической таблицы, образующих металлическую связь с атомами других металлов; обычно блестящий, несколько податливый и твердый, часто является проводником тепла и электричества.

Проводники vs.Изоляторы

Проводник – это материал, содержащий подвижные электрические заряды. В металлических проводниках, таких как медь или алюминий, подвижными заряженными частицами являются электроны. Положительные заряды также могут быть мобильными, например, катионный(е) электролит(ы) батареи или подвижные протоны протонного проводника топливного элемента. Изоляторы — это непроводящие материалы с небольшим количеством подвижных зарядов; они несут только незначительные электрические токи.

При описании проводников с использованием концепции зонной теории лучше всего сосредоточиться на проводниках, проводящих электричество с помощью подвижных электронов.Согласно зонной теории, проводник — это просто материал, у которого валентная зона и зона проводимости перекрываются, что позволяет электронам течь через материал с минимальным приложенным напряжением.

Теория лент

В физике твердого тела зонная структура твердого тела описывает те диапазоны энергии, называемые энергетическими зонами, которые может иметь электрон внутри твердого тела («разрешенные зоны»), и диапазоны энергии, называемые запрещенными зонами («запрещенные зоны»). , которого у него может не быть. Зонная теория моделирует поведение электронов в твердых телах, постулируя существование энергетических зон.Он успешно использует зонную структуру материала для объяснения многих физических свойств твердых тел. Полосы также можно рассматривать как крупномасштабный предел теории молекулярных орбиталей.

Электроны одного изолированного атома занимают атомные орбитали, которые образуют дискретный набор энергетических уровней. Если несколько атомов объединить в молекулу, их атомные орбитали расщепляются на отдельные молекулярные орбитали, каждая из которых имеет разную энергию. Это дает количество молекулярных орбиталей, пропорциональное количеству валентных электронов.Когда большое количество атомов (10 90 236 20 90 237 или более) соединяются вместе, образуя твердое тело, количество орбиталей становится чрезвычайно большим. Следовательно, разница в энергии между ними становится очень малой. Таким образом, в твердых телах уровни образуют непрерывные энергетические полосы, а не дискретные энергетические уровни изолированных атомов. Однако некоторые интервалы энергии не содержат орбиталей, образуя запрещенные зоны. Эта концепция становится более важной в контексте полупроводников и изоляторов.

Проводники, полупроводники и изоляторы : Слева проводник (описанный здесь как металл) имеет перекрывающиеся пустые и заполненные полосы, что позволяет возбужденным электронам проходить через пустую полосу с небольшим толчком (напряжением). Полупроводники и изоляторы имеют все большую и большую энергетическую разницу между валентной зоной и зоной проводимости, что требует большего приложенного напряжения для движения электронов.

Внутри энергетической зоны энергетические уровни можно рассматривать как близкий континуум по двум причинам:

  1. Расстояние между энергетическими уровнями в твердом теле сравнимо с энергией, которой электроны постоянно обмениваются с фононами (колебаниями атомов).
  2. Это разделение сравнимо с неопределенностью энергии из-за принципа неопределенности Гейзенберга для достаточно больших интервалов времени. В результате разделение между энергетическими уровнями не имеет значения.

Проводники

Все проводники содержат электрические заряды, которые перемещаются, когда разность электрических потенциалов (измеряемая в вольтах) прикладывается к отдельным точкам материала. Этот поток заряда (измеряемый в амперах) называется электрическим током.В большинстве материалов постоянный ток пропорционален напряжению (определяемому законом Ома), при условии, что температура остается постоянной, а материал остается в той же форме и состоянии.

Наиболее распространенные проводники металлические. Медь является наиболее распространенным материалом, используемым для электропроводки. Серебро — лучший проводник, но оно дорогое. Поскольку золото не подвергается коррозии, оно используется для высококачественных контактов «поверхность-поверхность». Однако есть также много неметаллических проводников, включая графит, растворы солей и всякую плазму.Есть даже проводящие полимеры.

Тепловая и электрическая проводимость часто идут рука об руку. Например, море электронов заставляет большинство металлов действовать как проводники электричества и тепла. Однако некоторые неметаллические материалы являются практичными электрическими проводниками, но не являются хорошими теплопроводниками.

Полупроводники

Полупроводники — это материалы, обладающие свойствами, промежуточными между свойствами обычных проводников и изоляторов; они часто производятся с помощью допинга.

Цели обучения

Сравните полупроводники N-типа и P-типа, отличив их от полупроводников и изоляторов, используя зонную теорию.

Ключевые выводы

Ключевые моменты
  • Собственные полупроводники состоят только из одного вида материала.
  • Внешние полупроводники состоят из собственных полупроводников, в которые были добавлены другие вещества для изменения их свойств (они были легированы другим элементом).
  • Существует два типа внешних полупроводников: p-тип (p для положительного: дырка была добавлена ​​путем легирования элементом III группы) и n-типа (n для отрицательного: дополнительный электрон был добавлен путем легирования элемент V группы).
Ключевые термины
  • полупроводник : вещество с электрическими свойствами между свойствами хорошего проводника и хорошим диэлектриком
  • проводник : то, что может передавать электричество, тепло, свет или звук
  • легированный : описание полупроводника, в который добавлено небольшое количество элементов для создания носителей заряда

Полупроводники — это материалы, обладающие свойствами как обычных проводников, так и изоляторов.Полупроводники делятся на две широкие категории:

  • Собственные полупроводники состоят только из одного вида материала; кремний и германий являются двумя примерами. Их также называют «нелегированными полупроводниками» или «полупроводниками i-го типа». “
  • Внешние полупроводники, с другой стороны, являются собственными полупроводниками, в которые добавлены другие вещества для изменения их свойств, то есть они были легированы другим элементом.

Внутренние полупроводники

В классических кристаллических полупроводниках электроны могут иметь энергию только в определенных полосах (диапазонах энергетических уровней).Энергия этих полос находится между энергией основного состояния и энергией свободного электрона (энергия, необходимая для полного выхода электрона из материала). Энергетические зоны соответствуют большому количеству дискретных квантовых состояний электронов. Большинство состояний с низкой энергией (ближе к ядру) заняты, вплоть до определенной зоны, называемой валентной зоной.

Полупроводники и изоляторы отличаются от металлов населенностью электронов в каждой зоне.Валентная зона любого данного металла при обычных условиях почти заполнена электронами. В полупроводниках в зоне проводимости сразу над валентной зоной существует лишь несколько электронов, а в изоляторе свободных электронов почти нет.

Иллюстрация электронной зонной структуры полупроводника : Это исчерпывающая иллюстрация молекулярных орбиталей в сыпучем материале. По мере увеличения энергии в системе электроны покидают валентную зону и входят в зону проводимости.

Полупроводники и изоляторы также отличаются относительной шириной запрещенной зоны. В полупроводниках ширина запрещенной зоны мала, что позволяет электронам заселять зону проводимости. В изоляторах он велик, что затрудняет прохождение электронов через зону проводимости.

Внешние полупроводники

Название «внешний полупроводник» может немного ввести в заблуждение. В то время как изоляционные материалы могут быть легированы, чтобы стать полупроводниками, собственные полупроводники также могут быть легированы, что приводит к получению внешнего полупроводника.Существует два типа внешних полупроводников, которые образуются в результате легирования: атомы с дополнительным электроном (n-тип для отрицательного, из группы V, например фосфор) и атомы, у которых на один электрон меньше (p-тип для положительного, из группы III). например, бор).

В производстве полупроводников легирование преднамеренно вводит примеси в чрезвычайно чистый или собственный полупроводник с целью изменения его электрических свойств. Примеси зависят от типа полупроводника.Слабо и умеренно легированные полупроводники называются внешними. Когда полупроводник легирован до такого высокого уровня, что ведет себя скорее как проводник, чем как полупроводник, его называют вырожденным.

Полупроводники N-типа

Полупроводники N-типа представляют собой тип внешнего полупроводника, в котором атомы примеси способны обеспечивать дополнительные электроны проводимости материалу-хозяину (например, фосфору в кремнии). Это создает избыток отрицательных (n-типа) электронных носителей заряда.

Полупроводник N-типа : После легирования материала фосфором появляется дополнительный электрон.

Легирующий атом обычно имеет на один валентный электрон больше, чем один тип атомов-хозяев. Наиболее распространенным примером является замещение атомов в твердых телах группы IV элементами группы V. Ситуация становится более неопределенной, когда носитель содержит более одного типа атомов. Например, в полупроводниках AIIIBV, таких как арсенид галлия, кремний может быть донором, когда он замещает галлий, или акцептором, когда он замещает мышьяк.У некоторых доноров меньше валентных электронов, чем у хозяина, например щелочные металлы, которые являются донорами в большинстве твердых тел.

Полупроводники P-типа

Полупроводник p-типа (p для «положительного») создается путем добавления в полупроводник атома определенного типа для увеличения количества свободных носителей заряда. Когда добавляется легирующий материал, он забирает (принимает) слабо связанные внешние электроны от атомов полупроводника. Этот тип легирующего агента также известен как акцепторный материал, а вакансия, оставленная электроном, известна как дырка.Целью легирования р-типа является создание большого количества дырок.

Полупроводник P-типа : После легирования материала бором в структуре отсутствует электрон, оставляя дырку. Это позволяет облегчить поток электронов.

В случае кремния в кристаллической решетке замещен трехвалентный атом. В результате отсутствует один электрон в одной из четырех ковалентных связей, обычно являющихся частью решетки кремния. Следовательно, легирующий атом может принять электрон от ковалентной связи соседнего атома, чтобы завершить четвертую связь.Вот почему эти примеси называются акцепторами.

Когда атом легирующей примеси принимает электрон, это вызывает потерю половины одной связи с соседним атомом, что приводит к образованию дырки. Каждая дырка связана с соседним отрицательно заряженным ионом легирующей примеси, и в целом полупроводник остается электрически нейтральным. Однако, как только каждая дырка уходит в решетку, один протон в атоме в месте расположения дырки «обнажается» и больше не нейтрализуется электроном.Этот атом будет иметь три электрона и одну дырку, окружающую конкретное ядро ​​с четырьмя протонами.

По этой причине дырка ведет себя как положительный заряд. При добавлении достаточно большого количества акцепторных атомов дырок значительно больше, чем термически возбужденных электронов. Таким образом, дырки являются основными носителями, а электроны становятся неосновными носителями в материалах p-типа.

Что такое полупроводник и для чего он используется?

Что такое полупроводник?

Полупроводник — это вещество, обладающее особыми электрическими свойствами, которые позволяют ему служить основой для компьютеров и других электронных устройств.Обычно это твердый химический элемент или соединение, которое проводит электричество при определенных условиях, но не проводит электричество при других. Это делает его идеальной средой для управления электрическим током и повседневными электроприборами.

Вещество, которое может проводить электричество, называется проводником, а вещество, которое не может проводить электричество, называется изолятором. Полупроводники обладают свойствами, которые находятся между проводником и изолятором. Диод, интегральная схема (ИС) и транзистор сделаны из полупроводников.

Проводимость может варьироваться в зависимости от тока или напряжения, подаваемого на управляющий электрод, или от интенсивности облучения инфракрасным (ИК), видимым светом, ультрафиолетовым или рентгеновским излучением. Конкретные свойства полупроводника зависят от добавленных в него примесей, известных как примеси.

Как работают полупроводники?

Большинство полупроводников состоят из кристаллов, состоящих из нескольких материалов. Чтобы лучше понять, как работают полупроводники, пользователи должны понимать атомы и то, как электроны организуются внутри атома.Электроны располагаются в слоях, называемых оболочками внутри атома. Самая внешняя оболочка атома известна как валентная оболочка.

Электроны этой валентной оболочки образуют связи с соседними атомами. Такие связи называются ковалентными. Большинство проводников имеют только один электрон на валентной оболочке. Полупроводники, с другой стороны, обычно имеют четыре электрона в своей валентной оболочке.

Однако, если соседние атомы имеют одинаковую валентность, электроны могут связываться с валентными электронами других атомов.Всякий раз, когда это происходит, атомы организуются в кристаллические структуры. Мы делаем большинство полупроводников с такими кристаллами, в основном с кремниевыми кристаллами.

Интегральные схемы, такие как микросхемы, состоят из полупроводниковых материалов.

В чем разница между полупроводниками N-типа и P-типа?

Полупроводник N-типа проводит ток в основном в виде отрицательно заряженных электронов, подобно проводимости тока в проводе. Полупроводник P-типа переносит ток преимущественно в виде дефицита электронов, называемого дырками.Дырка имеет положительный электрический заряд, равный и противоположный заряду электрона. В полупроводниковом материале поток дырок происходит в направлении, противоположном потоку электронов.

Элементарные полупроводники включают сурьму, мышьяк, бор, углерод, германий, селен, кремний, серу и теллур. Кремний – наиболее известный из них, составляющий основу большинства интегральных схем.

Общие полупроводниковые соединения включают арсенид галлия, антимонид индия и оксиды большинства металлов.Мы также широко используем арсенид галлия (GaAs) в малошумящих устройствах с высоким коэффициентом усиления и слабого сигнала.

Полупроводниковое устройство может выполнять функцию оригинальной вакуумной лампы, но с объемом в сотни раз больше. Подобно микропроцессорному чипу, одна ИС может выполнять работу набора вакуумных ламп, которые заполнили бы большое здание и потребовали бы собственной электростанции.

Что такое полупроводниковый чип?

Между проводником и изолятором находится полупроводниковое вещество.Он контролирует и управляет потоком электрического тока в электронном оборудовании и устройствах. В результате это популярный компонент электронных микросхем, предназначенных для вычислительных компонентов и различных электронных устройств, включая твердотельные накопители.

Что такое радиочастотный полупроводник?

Радиочастотный (РЧ) полупроводник — это устройство, используемое для включения или выпрямления питания в электронных устройствах. Радиочастотные полупроводники работают в диапазоне радиочастот от 3 кГц до 300 ГГц.

К твердотельным относятся электронные компоненты, устройства и системы, полностью основанные на полупроводниковых материалах.

Что такое полупроводниковый оптический усилитель?

Полупроводниковый оптический усилитель (SOA) — это элемент, содержащийся в полупроводниках, который усиливает свет. Пользователи могут найти SOA в модулях оптических приемопередатчиков, используемых для обеспечения связи между центрами обработки данных.

В этом сценарии SOA усиливает оптический сигнал, используемый для связи Ethernet. Такой подход помогает компенсировать потери при передаче.

В чем разница между собственным и внешним полупроводником?

Основное различие между собственными и внешними полупроводниками заключается в их форме.Например, собственные полупроводники имеют чистую форму и состоят только из одного вида материала. К ним не добавляются какие-либо примеси.

Напротив, внешние полупроводники нечисты. Внешние полупроводники состоят из нескольких собственных полупроводников с добавлением других веществ для изменения их свойств. Эти вещества обычно являются легирующими трехвалентными или пятивалентными примесями.

Что такое сказочный полупроводник?

Термин «басня» — не путать с полупроводниковой фабрикой — описывает компании, которые разрабатывают, производят и продают аппаратное обеспечение и полупроводниковые микросхемы, но не производят свои собственные кремниевые пластины или микросхемы.Вместо этого они передают производство литейному цеху или другому производственному предприятию.

Двумя распространенными типами твердотельной памяти (построенной на полупроводниковых материалах) являются флэш-память NOR и NAND, как показано в видео выше.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.