Me kaikki käytämme eristeitä joka päivä kahvakahvoista maanalaiseen putkipinnoitukseen. Toisaalta puolijohdemateriaaleja käytetään pääasiassa elektroniikkalaitteissa ja niillä on paljon käyttöä elektroniikkateollisuudessamme.
Eristin vs Puolijohde
Ero eristimien ja puolijohteiden välillä on se, että niiden johtavuus vaihtelee. Eristeen suojakaistan ja johtavuuskaistan välillä on valtava rako, mikä estää vapaita elektroneja johtamasta sähköä. Toisaalta puolijohteilla on pienempi kaistaväli verrattuna eristimiin, jotka voidaan voittaa suurienergisten elektronien avulla.
Eristimet ovat huonoja lämmön ja sähkön johtimia. Niiden vastus on erittäin korkea, minkä vuoksi sähkö ei pääse kulkemaan niiden läpi. Niitä käytetään pääasiassa eristävissä johtolangoissa. Ne muodostavat esteen kahden johtavan kappaleen väliin estämään oikosulkuja ja onnettomuuksia. Joitakin yleisiä eristysmateriaaleja ovat paperi, puu, kumi muovit jne.
Puolijohteet niillä on kohtalainen johtavuustaso. Niiden sähkönkestävyyttä voidaan muuttaa lisäämällä siihen epäpuhtauksia. Tätä prosessia kutsutaan dopingiksi. Pieni määrä lisättyä epäpuhtautta voi aiheuttaa valtavan määrän eroja johtamisessa. Puolijohteet voivat olla puhtaita, kuten germanium ja pii, tai ne voivat olla yhdisteitä, kuten galliumarsenidi tai kadmiumselenidi.
Eristimen ja puolijohteen vertailutaulukko
| Vertailuparametrit | Eristin | Puolijohde |
| Johtavuus | < 10 -13 mho/m | 10 välillä -7 10:een -13 mho/m |
| Suurin osa varauksen kantajista | Ei johtamista kantajien puuttumisen vuoksi | Elektronien ja reikien liike |
| Valenssielektronien lukumäärä | Niiden valenssikuori on täydellinen eli 8 elektronia | Heillä on 4 valenssielektronia uloimmassa kuoressa |
| Bandgap | Siellä on valtava kaistaväli 6eV -10eV | Kaistaväli on 1,1 eV |
| Valence bändi | Täytetty | Osittain tyhjä |
| Johtonauha | Tyhjä | Osittain täytetty |
| Absoluuttinen nolla | Vastus kasvaa | Muuta eristeeksi |
| Resistanssi | Korkea | Kohtalainen |
| Esimerkki | Kumi, muovi, paperi jne | Pii, germanium, galliumarsenidi |
| Sovellukset | Kodinkoneet, kaapelijohtojen pinnoitus jne | Integroidut piirit, diodit, vastukset jne |
Mikä on eriste?
Materiaalia, joka johtaa erittäin huonosti lämpöä tai sähköä, kutsutaan eristeeksi. Sen johtavuustaso on erittäin alhainen. Johtavuus on ominaisuus, että virta kulkee helposti niiden läpi. Eristeissä on täydellinen 8 elektronin valenssikaista. Tämän seurauksena sähköä johtavia vapaita kantoaaltoja ei ole.
Kaistateorian mukaan on valtava 6 eV - 10 eV kaistaväli, joka ei salli elektronien hypätä valenssikaistalta johtavuuskaistalle. Niissä on täytetty valenssikaista ja tyhjä johtavuuskaista. Niillä on erittäin korkea vastus, minkä vuoksi virta ei pääse kulkemaan niiden läpi. Lämpötilan noustessa eristimen ominaisvastus pienenee. Lämpötila johtaa niissä olevien kovalenttisten sidosten menettämiseen ja lisää kantajien määrää niissä.
Absoluuttisessa nollalämpötilassa eristimen vastus kasvaa. Eristeitä on monenlaisia, kuten äänieristeitä, lämpöeristeitä ja sähköeristeitä riippuen materiaalin käyttöalueesta. Pin-eristimet ovat ensimmäisiä käytettyjä eristeitä. Tyhjiö on myös eriste. Tämä johtuu siitä, että siellä ei ole kuljettajia. Joitakin esimerkkejä eristeistä ovat kumi, muovi jne.
Mikä on puolijohde?
Materiaali, jonka johtavuustaso on johtimen ja eristeen välissä, tunnetaan puolijohteena. Johdon tasoa voidaan muuttaa lisäämällä pieni määrä epäpuhtauksia puolijohdekiteeseen. On olemassa puhtaita puolijohdekiteitä, kuten pii tai germanium, sekä yhdistepuolijohteita, kuten galliumarsenidi tai kadmiumselenidi.
Puolijohteita on pääasiassa kahden tyyppisiä, joilla on valtavia sovelluksia nykyaikaisessa elektroniikkateollisuudessa. Ne ovat sisäisiä puolijohteita (Si ja Ge) ja ulkoisia puolijohteita (n-tyyppi ja p-tyyppi). N-tyypin ulkopuolinen puolijohde muodostetaan lisäämällä ryhmän III alkuaineita puhtaassa Si:ssä tai Ge:ssä. Näitä epäpuhtauksia kutsutaan luovuttajiksi. P-tyypin ulkopuolinen puolijohde muodostetaan lisäämällä ryhmän V elementtejä puhtaassa Si:ssä tai Ge:ssä. Nämä epäpuhtaudet tunnetaan vastaanottajina.
Niissä on kummankin tyyppisiä kantoaaltoja, jotka ovat sähköä johtavat sekä reikien että elektronien kautta. Niiden johtavuus on välillä 10-7 10:een-13 mho/m. Niissä on kohtalainen energiakaistaväli, jota elektronit peittävät siirtyäkseen johtavuuskaistalle. Niiden valenssikaista on osittain täytetty 4 elektronilla. Niillä on kovalenttinen sidostyyppi.
Absoluuttisessa nollalämpötilassa ne menettävät johtavuusominaisuuden ja muuttuvat kokonaan eristeiksi. Ne ovat erittäin kompakteja, niillä on pitkä käyttöikä ja alhaiset kustannukset, mikä tekee niistä erittäin vaativia nykyaikaisissa teknologioissa. Puolijohteilla on valtava sovellus diodien, MOSFET-transistoreiden jne. valmistuksessa.
Tärkeimmät erot eristimen ja puolijohteen välillä
Johtopäätös
Sekä eristeillä että puolijohteilla on valtava vaikutus jokapäiväiseen elämäämme. Niiden ominaisuuksien ero tekee niistä hyödyllisiä eri elämänaloilla. Eristeitä käytetään katkaisemaan lämmön, sähkön tai äänen virtaus sen normaalista johtamisesta. Puolijohteet ovat matalia ja kompakteja, ja ne ovat hyödyllisiä pienten piirielementtien valmistuksessa ja niillä on myös pitkä käyttöikä.
