Johtimet ja puolijohteet voidaan erottaa toisistaan riippuen johtavuuden maasta ja muista ominaisuuksista. Metallien kaltaiset johtimet, esim. kupari ja alumiini, osoittavat johtavuutta normaalissa huoneenlämpötilassa. Mutta jos lämpötila nousee, niillä on taipumus menettää johtavuuskykynsä. Puolijohteet toimivat kuitenkin yleensä eristeinä alhaisissa lämpötiloissa, kun taas ne toimivat johtimina, kun lämpötila on korkea.
Johtaja vs puolijohde
Ero johtimen ja puolijohteen välillä on, että johtavuuskapasiteetti on eri tasoinen. Sekä johtimella että puolijohteella on laaja valikoima monipuolisia käyttötarkoituksia, joita ihminen hyödyntää jokapäiväisessä elämässään. Vaikka niiden välillä on vähän yhtäläisyyksiä, ne ovat kuitenkin hyvin erilaisia.
Johtimet päästävät energiaa virtaamaan helposti niiden läpi. Oli se sitten lämmön, sähkön tai jopa äänen muodossa. Fysiikassa johtimet ovat esine tai materiaalityyppi, joka sallii virtauksen yhteen tai useampaan tiettyyn suuntaan. Useimmiten metallit ovat erittäin hyviä johtimia, lukuun ottamatta poikkeuksellisia, kuten kultaa, elohopeaa jne.
Puolijohteena olevalla materiaalilla on sähköä johtavan taso, jonka arvo putoaa johtimien, kuten alumiinin ja kuparin, ja eristeiden, kuten kumin ja lasin, väliin. Puolijohteiden tapauksessa mitä korkeampi lämpötila, sitä pienempi resistiivisyys, mikä on johtimien vastakohta. Muutamia esimerkkejä puolijohteista ovat pii, galliumarsenidi ja germanium.
Vertailutaulukko johtimen ja Puolijohde
| Vertailuparametrit | Kapellimestari | Puolijohde |
| Johtavuus | Erittäin korkea tai korkea | Kohtalainen |
| Resistanssi | Matala | Kohtalainen |
| Johtuminen | Käyttää monia elektroneja johtamiseen. | Käyttää vähemmän elektroneja johtamiseen |
| Virran kulku | Se johtuu vapaiden elektronien virtauksesta. | Se johtuu vapaiden elektronien ja reikien läsnäolosta. |
| Esimerkkejä | Kulta, hopea, alumiini, kupari jne. | Pii, galliumarsenidi ja germanium. |
Mikä on Conductor?
Johtimet ovat materiaaleja, joilla on potentiaalia siirtää energiaa lämmön, sähkön tai äänen muodossa. Prosessi tapahtuu sen seurauksena, että johtimet muuttavat elektroneja siten, että ne johtavat yhdestä atomista toisiin jännitteen assosiaatioasteella.
Johtimissa johtavuustaso on korkea ja resistiivisyys pieni. Metalleista koostuvat materiaalit ovat parhaita johtimia. Mutta on ei-metalleja, kuten johtava polymeeri ja grafiitti, jotka toimivat myös johtimina. Johtimissa on valtava määrä elektroneja siirtoa varten, eikä siinä ole myöskään kiellettyä rakoa.
Johtimen tehoarvo on erittäin korkea, 10-7mho/m. Johtaja käyttäytyy suprajohteen tavoin, kun sen käyttäytyminen on 0 kelviniä.
Suurin osa johtimista on kiinteitä. Mutta on myös nestemäisiä metalleja, jotka toimivat erinomaisina johtimina, kuten metallit. Kaasut ovat kuitenkin huonoja johtimia, mutta kun ne ionisoidaan, niistä tulee hyviä johtimia. Esimerkkejä luonnollisista johtimista ovat maa, eläimet, ihmiskeho ja metallit.
Johtimille on useita hyödyllisiä sovelluksia, joita käytämme päivittäin. Esimerkiksi rautaa käytetään ajoneuvojen moottoreiden valmistukseen ja tuotantoon lämmön johtamiseen. Alumiinia sitä vastoin käytetään enimmäkseen astioissa, koska se imee ja varastoi lämpöä, ja sitä käytetään myös ruoan käärimiseen. Elohopeaa käytetään kehon lämpötilan mittaamiseen ja sitä käytetään lämpömittareissa.
Mikä on puolijohde?
Puolijohteet ovat materiaaleja, joiden johtavuus on johtimien ja eristeiden välissä. Niillä on kohtalainen johtavuus, joka voi muuttua lämpötilan mukaan. Jos lämpötila on korkea, myös johtavuus kasvaa, ja kun lämpötila laskee, samoja materiaaleja voidaan käsitellä eristeenä. Ne ovat kuitenkin erittäin huonoja johtimia luonnollisessa tilassaan.
Puolijohteen ominaisuuksia voidaan muuttaa tuomalla epäpuhtauksia johtimiin. Puolijohteiden tehoarvo voi olla välillä 10-13mho/m - 10-7mho/m.
Puolijohteilla on laaja valikoima hyödyllisiä ominaisuuksia. Puolijohteiden 0-kelvinin käyttäytyminen muuttaa ne eristeiksi.
Esimerkiksi virran kulkeminen yhteen suuntaan, muuttuva vastus ja myös valo- tai lämpöherkkyys. Puolijohteet käyttävät pienempää määrää elektroneja johtamiseen verrattuna johtimiin. Virran yksisuuntainen virtaus tapahtuu vapaiden elektronien ja reikien läsnäolon vuoksi.
Puolijohteita käytetään useiden elektronisten laitteiden, kuten transistorien, integroitujen piirien ja diodien, valmistuksessa ja tuotannossa. Niitä käytetään teholaitteissa, optisissa antureissa, valosäteilijöissä ja myös aurinkokennojen valmistuksessa p- ja n-tyyppisten puolijohteiden avulla. Niillä on erinomaiset jännitteen ja sähkövirran käsittelyominaisuudet.
Nämä laitteet ovat kustannustehokkaita ja taskuystävällisiä, luotettavia, helppokäyttöisiä ja myös energiatehokkaita. Muutamia esimerkkejä puolijohdemateriaaleista ovat pii, tina, telluuri, germanium ja muut metallioksidit.
Tärkeimmät erot johtimen ja puolijohteen välillä
Johtopäätös
Me ihmiset käytämme jokapäiväisessä elämässämme sekä johtimia että puolijohteita.
Päivittäisissä tilanteissa esiintyvät johtimet ovat kuin lämpömittari, joka mittaa kehon lämpötilaa elohopean avulla. Sitten raudasta valmistettu paistinpannu käyttää johtavuusominaisuuksiaan siirtääkseen lämmön liekistä ruokaan.
Puolijohteita käytetään kuitenkin vähemmän ilmeisellä tavalla kuin johtimia. Niitä käytetään transistoreina Very Large Scale Integration (VLSI) -tekniikasta pieniin, joita käytetään melkein kaikissa käyttämissämme langattomissa laitteissa. Puolijohteita käytetään myös p-tyypin ja n-tyypin puolijohteista koostuvien aurinkokennojen valmistukseen.
