Основным отличием элемента металлов от элемента группы полупроводников является

Твёрдые тела — это металлы, полупроводники и диэлектрики. Они отличаются друг от друга по своим электронным свойствам. Электропроводность твёрдых тел определяется свойствами электронов.

  • Содержание статьи

Полупроводники относятся к металлам, к твердым телам. К их числу принадлежат германий, кремний, мышьяк и др., а также различные  сплавы и химические соединения.

Металлы — это твердые тела,  которые имеют определенную структуру.

Сравнение

Полупроводники отличаются от металлов механизмом электрического тока.

Рассмотрим, как возникает электрический ток в полупроводниках. У атомов германия на внешней оболочке находятся четыре слабо связанных валентных электрона. В кристаллической решетке около каждого атома находятся еще четыре. Атомы в кристалле полупроводника связаны парами валентных электронов. Каждый валентный электрон принадлежит двум атомам.

Если происходит повышение температуры, какая-то часть валентных электронов получит энергию, которая достаточна для разрыва ковалентных связей. В кристалле появятся свободные электроны, называемые  электронами проводимости. Одновременно на месте ушедших электронов образуются вакансии, дырки.

Вакантное место могут занять валентные электроны соседней пары, тогда дырка будет на новом месте в кристалле. При определенной температуре в полупроводнике существует определенное количество электронно-дырочных пар. Свободный электрон, встречаясь с дыркой, восстанавливает электронную связь. Дырки похожи на положительно заряженные частицы.

Если электрического поля нет, дырки  и электроны проводимости движутся хаотично. Если полупроводник поместим в электрическое поле, то дырки и свободные электроны начнут двигаться упорядоченно. Поэтому ток  в полупроводнике складывается из электронного и дырочного токов.

Количество носителей свободного заряда меняется, не остается постоянным и зависит от температуры. При ее увеличении сопротивление полупроводников возрастает.

Основным отличием элемента металлов от элемента группы полупроводников является

Металлы имеют кристаллическую структуру. Они состоят из молекул и атомов, которые занимают определённое, упорядоченное положение. Металл представляется в виде кристаллической решетки, в узлах которой находятся атомы, или ионы, или молекулы, которые колеблются около своего местоположения.

Между ними  в пространстве находятся  свободные электроны, которые хаотично движутся в разных направлениях.  Но при появлении электрического поля они начинают двигаться упорядоченно в сторону положительного полюса, в металлах появляется электрический ток.  Количество электронов постоянное.

При понижении температуры скорость движения электронов замедляется, сопротивление металлов падает.

Выводы TheDifference.ru

  1. Полупроводники отличаются от металлов механизмом электрического тока.
  2. Электрический ток в металлах — это направленное движение электронов.
  3. У чистых полупроводников электронно-дырочный механизм проводимости.
  4. Удельное сопротивление полупроводников и металлов зависит от температуры по-разному.

Чем полупроводники отличаются от металлов

Твёрдые тела — это металлы, полупроводники и диэлектрики. Они отличаются друг от друга по своим электронным свойствам. Электропроводность твёрдых тел определяется свойствами электронов.

Что такое полупроводники и металлы

Полупроводники относятся к металлам, к твердым телам. К их числу принадлежат германий, кремний, мышьяк и др., а также различные  сплавы и химические соединения.
Металлы — это твердые тела,  которые имеют определенную структуру.

Сравнение полупроводников и металлов

В чем же разница между полупроводниками и металлами?
Полупроводники отличаются от металлов механизмом электрического тока.
Рассмотрим, как возникает электрический ток в полупроводниках.
У атомов германия на внешней оболочке находятся четыре слабо связанных валентных электрона. В кристаллической решетке около каждого атома находятся еще четыре.

Атомы в кристалле полупроводника связаны парами валентных электронов. Каждый валентный электрон принадлежит двум атомам. Если происходит повышение температуры, какая-то часть валентных электронов получит энергию, которая достаточна для разрыва ковалентных связей. В кристалле появятся свободные электроны, называемые  электронами проводимости.

Одновременно на месте ушедших электронов образуются вакансии, дырки. Вакантное место могут занять валентные электроны соседней пары, тогда дырка будет на новом месте в кристалле. При определенной температуре в полупроводнике существует определенное количество электронно-дырочных пар. Свободный электрон, встречаясь с дыркой, восстанавливает электронную связь.

Дырки похожи на положительно заряженные частицы. Если электрического поля нет, дырки  и электроны проводимости движутся хаотично. Если полупроводник поместим в электрическое поле, то дырки и свободные электроны начнут двигаться упорядоченно. Поэтому ток  в полупроводнике складывается из электронного и дырочного токов.

Количество носителей свободного заряда меняется, не остается постоянным и зависит от температуры. При ее увеличении сопротивление полупроводников возрастает.

Металлы имеют кристаллическую структуру. Они состоят из молекул и атомов, которые занимают определённое, упорядоченное положение. Металл представляется в виде кристаллической решетки, в узлах которой находятся атомы, или ионы, или молекулы, которые колеблются около своего местоположения.

Между ними  в пространстве находятся  свободные электроны, которые хаотично движутся в разных направлениях.  Но при появлении электрического поля они начинают двигаться упорядоченно в сторону положительного полюса, в металлах появляется электрический ток.  Количество электронов постоянное.

При понижении температуры скорость движения электронов замедляется, сопротивление металлов падает.

TheDifference.ru определил, что отличие полупроводников от металлов заключается в следующем:

Полупроводники отличаются от металлов механизмом электрического тока.
Электрический ток в металлах — это направленное движение электронов.
У чистых полупроводников электронно-дырочный механизм проводимости.
Удельное сопротивление полупроводников и металлов зависит от температуры по-разному.

Чем отличаются полупроводники от металлов и диэлектриков по электрическим свойствам?

Davior Профи (711) 14 лет назад Вообще говоря, ток может быть везде, кроме вакуума. И все твердые тела проводят ток и все они в широком смысле являются «проводниками». Разделение же идет как раз по величине удельной проводимости:1. Изоляторы (диэлектрики): σ=10^-22÷10^-10 1/(Ом*см).

Эти вещества не экранируют электрическое поле, оно проникает внутрь и вызывает поляризацию. У диэлектриков широкая запрещенная зона (электронам нужна большая энергия, чтобы «запрыгнуть» в зону проводимости). Таких электронов (с достаточной энергией) мало: концентрация n=1÷10^5 см^-32. Полупроводники: σ=10^-9÷10^2 1/(Ом*см). Запрещенная зона уже.

концентрация носителей заряда, соответственно побольше: n=10^6÷10^17 см^-3.3. Проводники: σ>100, а концентрация носителей n>10^17.Проводники также делят по проводимости на «просто» проводники, «хорошие» проводники и сверхпроводники. У последних проводимость стремится к бесконечности.Проводниками являются металлы, полуметаллы (графит, бор, мышьяк).

Сверхпроводники — металлы при низких температурах (гелиевые температуры), высокотемпературные сверхпроводники — сложные керамики (Y-Ba-Cu-O, Tl-Ba-Ca-Cu-O) — здесь температуры до 100 К.Полупроводников — море. Их электрические свойства можно существенно менять, добавляя различные примеси, создавая из них твердые растворы.

И заметьте проводят они во всех направлениях — как поле приложите, так ток и потечет.

Теперь Вы видите, эти самые электрические свойства заложены в основу их классификации.

Константин Морозов Гуру (4563) 14 лет назад Диэлектрики вообще не проводят электрический ток.Металлы хорошо его проводят.

Полупроводники ( по сути это тонкая область в проводнике), обладают свойством в одну сторону электрический ток пропускать, а в обратном направлении нет.

Источник: Знания, что всем нам преподавали в школе.

Евген Знаток (464) 14 лет назад Полупроводник — материал, электрические свойства которого в сильной степени зависят от концентрации в нём химических примесей и внешних условий (температура, излучение и пр.) .Полупроводники – вещества, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения. Полупроводниками являются вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет 0-6 электрон-вольта, например, алмаз можно отнести к широкозонным полупроводникам, а InAs к узкозонным.В зависимости от того, отдаёт ли примесь электрон или захватывает электрон, примесь называют донорной или акцепторной. Свойство примеси может меняться в зависимости от того, какой атом кристаллической решётки она замещает, в какую кристаллографическую плоскость встраивается.Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток. Плотность свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 шт/см3. Основное свойство диэлектрика состоит в способности электризоваться во внешенем электрическом поле.К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стекло, различные смолы, пластмассы неприменно сухие. Химически чистая вода также является диэлектриком.Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы.Ряд диэлектриков проявляют интересные физические свойства.К ним относятся электреты, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэластики, сегнетоэлектрики, релаксоры и сегнетомагнетики.Проводник — вещество, проводящее электрический ток. Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы, полуметаллы, и примером проводящих жидкостей — электролиты. Некоторые вещества при нормальных условиях являющиеся изоляторами при внешних воздействиях могут переходить в проводящее состояние, а именно проводимость полупроводников может сильно варьироваться при изменении температуры, освещённости, легировании и т. п.Проводниками также называют части электрических цепей — соединительные провода и шины. Дмитрий Григорьев Ученик (183) 3 года назад Диэлектрики вообще не проводят электрический ток.Металлы хорошо его проводят.

Читайте также:  Краска отлетает от металла

Полупроводники ( по сути это тонкая область в проводнике), обладают свойством в одну сторону электрический ток пропускать, а в обратном направлении нет.

Полупроводник

Полупроводник ( сокращенно SC ) — это элемент , который ведет себя либо как проводник , либо как изолятор , в зависимости от различных факторов, например: электрического или магнитного поля, давления, воздействующего на него излучения или температуры окружающей среды. который ты есть. [ 1 ] Полупроводниковые химические элементы периодической таблицы указаны в прилагаемой таблице.

Наиболее часто используемым полупроводниковым элементом является кремний [ 2 ] , за которым следует германий , хотя комбинации элементов групп 12 и 13 с элементами групп 16 и 15 соответственно (Ga As, P In, As Ga Al, Te Cd, Se Cd и S Cd). Впоследствии также использовалась сера . Общей характеристикой всех из них является то, что они четырехвалентны, а кремний имеет электронную конфигурацию s²p² .

Полупроводниковые устройства могут проявлять ряд полезных свойств, например, легче пропускать ток в одном направлении, чем в другом, проявлять переменное сопротивление и быть чувствительными к свету или теплу.

Поскольку электрические свойства полупроводникового материала могут быть изменены путем легирования или приложения электрических полей или света, устройства, изготовленные из полупроводников, могут использоваться для усиления, переключения и преобразования энергии .

Электропроводность кремния повышается за счет добавления небольшого количества (порядка от 1 до 10 8 ) пятивалентных ( сурьма , фосфор или мышьяк ) или трехвалентных ( бор , галлий , индий ) атомов.

Этот процесс известен как легирование, а полученные полупроводники известны как легированные или примесные полупроводники. Помимо легирования, проводимость полупроводника можно улучшить, повысив его температуру.

Это противоречит поведению металла, в котором проводимость уменьшается с повышением температуры.

Современное понимание свойств полупроводника опирается на квантовую физику для объяснения движения носителей заряда в кристаллической решетке . [ 3 ] Легирование значительно увеличивает количество носителей заряда в кристалле.

Когда легированный полупроводник содержит свободные дырки, он называется p-типом , а когда он содержит свободные электроны, он известен как n-тип .

Полупроводниковые материалы, используемые в электронных устройствах, легируются в точных условиях для контроля концентрации и областей примесей p- и n-типа. Один кристалл полупроводникового прибора может иметь много областей p -типа.

и n ; pn-переходы между этими областями ответственны за полезное электронное поведение. Используя датчик горячего пятна, вы можете быстро определить, относится ли образец полупроводника к p или n -типу . [ 4 ]

Некоторые свойства полупроводниковых материалов наблюдались в середине 19 века и в первые десятилетия 20 века .

Первым практическим применением полупроводников в электронике была разработка в 1904 году детектора кошачьих усов , примитивного полупроводникового диода, который использовался в первых радиоприемниках.

Достижения в квантовой физике, в свою очередь, привели к изобретению транзистора в 1947 году [ 5 ] , интегральной схемы в 1958 году и полевого транзистора MOSFET (металл-оксид-полупроводник) в 1959 году.

Главная Информация

  1. Полупроводниковые материалы относятся к разным группам периодической таблицы, но у них есть определенные общие черты.

  2. Свойства полупроводникового материала связаны с его атомными характеристиками, и они меняются от одной группы к другой.

  3. Исследователи и дизайнеры используют эти различия для улучшения конструкции и выбора оптимального материала для фотоэлектрических систем. [ 6 ]

Свойства (править)

Переменная электропроводность

Полупроводники в их естественном состоянии являются плохими проводниками, потому что ток требует потока электронов, а у полупроводников есть заполненные валентные зоны, предотвращающие весь поток новых электронов.

Несколько разработанных методов позволяют полупроводниковым материалам вести себя как проводящие материалы, например, легирование или стробирование. Эти модификации дают два результата: тип n и тип p. Они относятся к избытку или нехватке электронов соответственно.

Несбалансированное количество электронов вызовет прохождение тока через материал. [4]

Гетеропереходы

Гетеропереходы возникают, когда соединяются два полупроводниковых материала с разным легированием. Например, одна конфигурация может состоять из германия, легированного p, и германия, легированного n. Это приводит к обмену электронами и дырками между полупроводниковыми материалами с различным легированием.

У германия, легированного N, были бы избыточные электроны, а у германия, легированного p, были бы избыточные дырки. Перенос происходит до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие с помощью процесса, называемого рекомбинацией, который приводит мигрирующие электроны n-типа в контакт с мигрирующими дырками p-типа.

Результатом этого процесса является узкая полоса неподвижных ионов, которая вызывает электрическое поле через переход [1] [4].

Возбужденные электроны

Разница в электрическом потенциале в полупроводниковом материале заставляет его выйти из теплового равновесия и создать неравновесную ситуацию. Это вводит в систему электроны и дырки, которые взаимодействуют посредством процесса, называемого амбиполярной диффузией.

Каждый раз, когда тепловое равновесие в полупроводниковом материале изменяется, количество дырок и электронов изменяется. Эти возмущения могут возникать в результате разницы температур или фотонов, которые могут проникать в систему и создавать электроны и дырки.

Процесс создания и уничтожения электронов и дырок называется соответственно генерацией и рекомбинацией [4].

Световое излучение

В некоторых полупроводниках возбужденные электроны могут релаксировать, излучая свет, а не выделяя тепло. [5] Эти полупроводники используются в конструкции светоизлучающих диодов и флуоресцентных квантовых точек.

Высокая теплопроводность

Полупроводники с высокой теплопроводностью могут использоваться для рассеивания тепла и улучшения теплового управления электроникой [6].

Преобразование тепловой энергии

Полупроводники имеют большие коэффициенты термоэлектрической мощности, которые делают их полезными в термоэлектрических генераторах, а также высокие термоэлектрические показатели качества, которые делают их полезными в термоэлектрических охладителях. [7]

Физика полупроводников

Энергетические полосы и электрическая проводимость

Основные статьи: теория зон , электропроводность и удельное сопротивление .

Полупроводники характеризуются своим уникальным поведением электропроводности, которое находится на полпути между проводником и изолятором.

[ 7 ] Различия между этими материалами можно понять с точки зрения квантовых состояний электронов, каждое из которых может содержать ноль или один электрон , по принципу исключения Паули . Эти состояния связаны с электронной зонной структурой материала.

Электропроводность возникает из-за присутствия электронов в делокализованных состояниях , которые проходят через материал, однако для переноса электронов состояние должно бытьчастично полный , содержащий электрон только часть времени.

[ 8 ] Если состояние всегда занято электроном, то оно инертно, блокируя прохождение других электронов через это состояние. Энергии этих квантовых состояний являются критическими, поскольку состояние частично заполнено, только если его энергия близка к уровню Ферми .

Высокая проводимость материала обусловлена ​​тем, что он имеет много частично заполненных состояний и значительную делокализацию состояний. Металлы являются хорошими электрическими проводниками и имеют много частично заполненных состояний с энергиями, близкими к их уровню Ферми.

Изоляторы, с другой стороны, имеют несколько частично заполненных состояний; их уровни Ферми лежат в запрещенных зонах с небольшим количеством энергетических состояний, которые необходимо заполнить.

Важно отметить, что изолятор может стать проводником, увеличивая его температуру: нагрев дает энергию для продвижения некоторых электронов через запрещенную зону., индуцируя частично заполненные состояния как в зоне состояний ниже запрещенной зоны (валентная зона), так и в зоне состояний выше запрещенной зоны (зона проводимости).

Полупроводник (собственный) имеет меньшую ширину запрещенной зоны, чем изолятор, и при комнатной температуре значительное количество электронов может быть возбуждено, чтобы пересечь запрещенную зону. [ 9 ]

Однако чистый полупроводник не очень полезен, поскольку он не является ни хорошим изолятором, ни хорошим проводником.

Однако важной характеристикой полупроводников (и некоторых изоляторов, известных как полуизоляторы) является то, что их проводимость можно увеличивать и контролировать путем легирования примесями и активации электрических полей.

Допирование и активация перемещают зону проводимости или валентную зону намного ближе к уровню Ферми и значительно увеличивают количество частично заполненных состояний.

Некоторые широкополосные полупроводниковые материалы иногда называют полуизоляторами . В нелегированном состоянии они имеют электрическую проводимость, близкую к электропроводности электрических изоляторов, но их можно легировать, что делает их такими же полезными, как и полупроводники.

Полуизоляторы имеют специализированное применение в микроэлектронике, например, в качестве подложек для HEMT. Примером обычного полуизолятора является арсенид галлия .

[ 10 ] Некоторые материалы, такие как диоксид титана, могут даже использоваться в качестве изоляционных материалов для некоторых применений, в то время как для других они рассматриваются как широкозонные полупроводники.

Читайте также:  Печи для термообработке металлов

Носители заряда (электроны и дырки)

Основная статья: Электронная дыра

Частичное заполнение состояний в нижней части зоны проводимости можно понимать как добавление электронов в указанную зону. Электроны не остаются на неопределенное время из-за естественной тепловой рекомбинации, но они могут перемещаться в течение некоторого времени.

Фактическая концентрация электронов обычно очень низкая, поэтому, в отличие от металлов, можно рассматривать электроны в зоне проводимости полупроводника как своего рода классический идеальный газ, в котором электроны свободно летают, не подчиняясь принципу исключения Паули ..

В большинстве полупроводников зоны проводимости имеют параболическое рассеяние, поэтому эти электроны реагируют на силы (электрическое поле, магнитное поле и т. Д.) Во многом так же, как и в вакууме, хотя и с другой эффективной массой.

[ 9 ] Поскольку электроны ведут себя как идеальный газ, можно думать о проводимости в очень упрощенных терминах, таких как модель Друде, и вводить такие понятия, как подвижность электронов.

Для частичного заполнения в верхней части валентной зоны полезно ввести понятие электронной дыры. Хотя электроны в валентной зоне всегда находятся в движении, полностью заполненная валентная зона инертна, не проводя тока. Если электрон удаляется из валентной зоны, путь, по которому он обычно шел, теперь теряет свой заряд.

Для электрического тока эту комбинацию всей валентной зоны за вычетом электрона можно преобразовать в изображение полностью пустой зоны, содержащей положительно заряженную частицу, которая движется так же, как электрон.

В сочетании с отрицательной эффективной массой электронов в верхней части валентной зоны,мы приходим к изображению положительно заряженной частицы, реагирующей на электрические и магнитные поля так же, как нормальная положительно заряженная частица в вакууме, опять же с некоторой положительной эффективной массой.

[ 9 ] Эта частица называется дыркой, и совокупность дырок в валентной зоне может быть снова понята в простых классических терминах (как с электронами в зоне проводимости).

Генерация и рекомбинация носителей

Когда ионизирующее излучение попадает на полупроводник, оно может возбуждать электрон за пределами своего энергетического уровня и, следовательно, оставлять дыру. Этот процесс известен как генерация электронно-дырочных пар . Электронно-дырочные пары также постоянно генерируются из тепловой энергии в отсутствие какого-либо внешнего источника энергии.

Электронно-дырочные пары также способны рекомбинировать. Сохранение энергии требует, чтобы эти события рекомбинации, в которых электрон теряет количество энергии, превышающее ширину запрещенной зоны, сопровождались испусканием тепловой энергии или излучения, в обоих случаях в форме фотонов).

В некоторых состояниях генерация и рекомбинация электронно-дырочных пар находятся в равновесии. Число электронно-дырочных пар в установившемся состоянии при данной температуре определяется статистической квантовой механикой. Точные квантово-механические механизмы генерации и рекомбинации регулируются законами сохранения энергии и момента.

Поскольку вероятность встречи электронов и дырок пропорциональна произведению их числа, продукт находится в почти постоянном установившемся состоянии при данной температуре, при условии отсутствия значительного электрического поля , которое могло бы «тянуть» носители обоих типов, или перемещение их из соседних регионов, содержащих большее количество из них, чтобы собраться вместе, или создание пар, управляемых извне. Произведение является функцией температуры, поскольку вероятность получения достаточной тепловой энергии для создания пары увеличивается с температурой, составляя приблизительно exp (- E G / kT ), где k — постоянная Больцмана , T— абсолютная температура, E G — запрещенная зона.

Вероятность встречи увеличивается из-за ловушек носителей, примесей или дислокаций, которые могут захватить электрон или дырку и удерживать их, пока пара не будет сформирована. Эти ловушки носителей иногда добавляют специально, чтобы сократить время, необходимое для достижения установившегося состояния. [ 11 ]

Допинг

Основная статья: Допинг (полупроводники)

Проводимость полупроводников можно легко изменить, введя примеси в их кристаллическую решетку . Процесс добавления контролируемых примесей в полупроводник известен как легирование .

Количество примеси или легирующей примеси, добавленной к собственному (чистому), изменяет уровень его проводимости. [ 12 ] Легированные полупроводники называют внешними .

[ 13 ] При добавлении примесей к чистым полупроводникам электрическая проводимость может изменяться в тысячи или миллионы раз. [ 14 ]

Образец металла или полупроводника объемом 1 см 3 содержит порядка 10 22 атомов. [ 15 ] В металле каждый атом отдает по крайней мере один свободный электрон для проводимости, так что 1 см 3 металла содержит порядка 10 22 свободных электронов, [ 16 ] в то время как образец чистого германия объемом 1 см 3  при 20 ° C содержит около 4,2

Тема № 1. Электрический ток. Проводники, изоляторы. Электрические цепи

Несмещенный p-n-переход

У несмещенного p-n-перехода отсутствует внешний источник энергии (нет напряжения). В несмещенном полупроводнике электрическое поле создается на обедненном слое между материалом n-типа и материалом p-типа. Это вызвано дисбалансом свободных электронов из-за легирования.

Зоны в полупроводнике с несмещенным p-n-переходом. Левая сторона представляет собой полупроводник p-типа, а правая — полупроводник n-типа. Между ними находится обедненный слой

Обратный смещенный диод

В обратном смещении диод соединен с кремнием p-типа, подключенным к отрицательному полюсу источника питания, а кремний n-типа подключен к положительному. Электрическое поле поперек обедненного слоя увеличивается.

Это действует как барьер, который останавливает поток электронов. Уровень энергии валентной зоны в материале p-типа поднимается выше чем у зоны свободных электронов проводимости n-типа.

Это связано с сочетанием легирования и электрического поля на стыке.

Прямой смещенный диод

Диод позволяет току течь только в одном направлении. При прямом смещении электроны в зоне проводимости n-типа перемещаются в сторону зоны проводимости р-типа. Электроны падают из зоны проводимости в валентную зону полупроводника p-типа. Энергия выделяется из-за изменения уровня энергии, что приводит к нагреву обычного диода с p-n-переходом при проводимости.

В зависимости от примеси и используемого полупроводника, различие в уровне энергии между зонами проводимости и валентности может быть достаточно большим, и она способна излучать энергию в виде фотона света. Это свойство используется в светодиодах или LED.

Диоды также могут быть выполнены таким образом, чтобы переход поглощал фотоны света. Фотоны света заставляюь электрон из валентной зоны p-типа продвигаться в зону проводимости n-типа в соединении, позволяя диоду генерировать ЭДС. Это свойство используется в фотодиодах или фотоэлементах.

В чем разница между проводником, полупроводником и изолятором

  • Фактор, который создает ключевое различие между проводником, полупроводником и изолятором, состоит в том, что энергетический разрыв между зоной проводимости и валентной зоной не существует, поскольку две зоны перекрываются в случае проводника. Напротив, энергетическая щель между валентной зоной и зоной проводимости мала в случае полупроводников. Хотя существует большая разность энергий между двумя зонами в случае изоляторов.
  • Поскольку проводники допускают большой поток электрического тока, таким образом, проявляется низкое удельное сопротивление по сравнению с полупроводником, удельное сопротивление которого является умеренным. С другой стороны, изолятор обладает самым высоким удельным сопротивлением.
  • Проводники обладают высокой проводимостью, в то время как полупроводники обладают умеренной проводимостью. Тогда как проводимость изоляторов практически нулевая.
  • Проводники — это материалы, которые демонстрируют положительный температурный коэффициент сопротивления, так как у них с ростом температуры сопротивление увеличивается. В то время как полупроводники и изоляторы обладают отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, так как их удельное сопротивление уменьшается с ростом температуры.
  • В случае проводников зона проводимости полностью заполнена, в полупроводнике она частично заполнена, а в изоляторах зона проводимости полностью свободна.
  • Валентная зона в проводниках практически свободна, в полупроводниках она частично заполнена, поскольку в зоне проводимости присутствуют некоторые электроны из-за небольшой ширины запрещенной зоны. Тем не менее, валентная зона полностью заполнена в случае изоляторов, потому что существует большая запрещенная зона между валентной зоной и зоной проводимости.
  • Обычными проводниками являются медь, алюминий, графит и железо. Кремний и германий являются примерами полупроводников. Тогда как изоляторами являются бумага, резина, стекло и пластик и другие материалы.
Читайте также:  При ручной дуговой сварке максимальная величина наплавляемого за один проход металла составляет

Заключение

Таким образом, из вышеприведенного можно сделать вывод, что движение электронов из валентной зоны в зону проводимости отвечает за течение тока. Наличие электронов в зоне проводимости определяет уровень проводимости материала. Поэтому уровень проводимости полупроводников находится между проводниками и изоляторами.

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.

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.

Наука Электроника и техникаКомментировать

Свойства проводников и полупроводников

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

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

К категории полупроводников относятся вещества, занимающие промежуточное место между . Эти границы достаточно условны, поскольку под влиянием различных факторов, полупроводники могут иметь свойства и проводников и изоляторов.

Например, под влиянием низких температур, они становятся диэлектриками, а при повышении температуры, в них начинают появляться свободные носители зарядов.

Это связано с тем, что при росте температуры, возрастают и колебания кристаллической решетки, разрывая определенные валентные связи и образуя свободные электроны, проводящие электрический ток.

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.

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.

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.

  4. Технические параметры устройств защитного отключения

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.

Что такое полупроводник

Полупроводник проводит электрический ток, но не так как металлы, а при соблюдении определенных условий – сообщении веществу энергии в нужных количествах.

Это связано с тем, что свободных носителей (дырок и электронов) зарядов слишком мало или их вовсе нет, но если приложить какое-то количество энергии – они появятся. Энергия может быть различных форм – электрической, тепловой.

Также свободные дырки и электроны в полупроводнике могут возникать под воздействием излучений, например в УФ-спектре.

Где применяются полупроводники? Из них изготавливают транзисторы, тиристоры, диоды, микросхемы, светодиоды и прочее. К таким материалам относят кремний, германий, смеси разных материалов, например арсенид-галия, селен, мышьяк.

Чтобы понять, почему полупроводник проводит электрический ток, но не так как металлы, нужно рассматривать эти материалы с точки зрения зонной теории.

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector