Что такое проводник и диэлектрик? Чем отличается проводник от полупроводника? Что такое проводник и полупроводник

Очень часто даже сами электрики путают два таких понятия как заземление и зануление. Как же их отличить рядовому потребителю?
По определению заземление — это принудительное соединение металлических частей оборудования с землей. Главное его назначение — понизить до минимума напряжение, которое может возникнуть на корпусе аппарата, если произойдет пробой изоляции.

Зануление — это соединение металлических частей эл.оборудования с нулевым проводом. Если произойдет пробой изоляции и фаза попадет на зануленный корпус — получится однофазное короткое замыкание. Оно то и вызовет отключение напряжение через защитный автомат.
Зануление и заземление выполняют по сути одну задачу, но немного разными способами.

Как на практике отличить проводник заземления от нулевого провода?
Допустим у вас не завершен до конца ремонт и из подрозетника торчит кабель с тремя жилами. Определить какая из них фазная не так сложно. Для этого нужно воспользоваться индикаторной отверткой или тестером.

Только поняв какой из проводников является фазным, можно приступать с методам поиска земли и нуля.

1-й способ отличия заземления от зануления

Чтобы выяснить, где заземление и зануление, необходимо в первую очередь обратить внимание на цветовою маркировку. Если проводку делал грамотный электрик, то как правило нулевой рабочий проводник имеет синий цвет, а заземляющий защитный желто-зеленый.

Но не стоит полагаться на это на 100% и всегда перепроверяйте другими способами:

2-й способ

3-й способ отличия заземляющего проводника от нулевого

Данный метод применим, когда на вводе установлен двухполюсный автомат (то есть автомат одновременно отключает фазный и нулевой проводники):

4-й способ как определить заземление и зануление

Данный способ наименее предпочтительный и несет за собой большие риски для неопытного пользователя эл. энергии. Поэтому используйте его в последнюю очередь, если имеете необходимые навыки и знания.

Все материалы, существующие в природе, различаются своими электрическими свойствами. Таким образом, из всего многообразия физических веществ в отдельные группы выделяются диэлектрические материалы и проводники электрического тока.

Что представляют собой проводники?

Проводник – это такой материал, особенностью которого является наличие в составе свободно передвигающихся заряженных частиц, которые распространены по всему веществу.

Проводящими электрический ток веществами являются расплавы металлов и сами металлы, недистиллированная вода, раствор солей, влажный грунт, человеческое тело.

Металл – это самый лучший проводник электрического тока. Также и среди неметаллов есть хорошие проводники, например, углерод.

Все, существующие в природе проводники электрического тока, характеризуются двумя свойствами:

• показатель сопротивления;
• показатель электропроводности.

Сопротивление возникает из-за того, что электроны при движении испытывают столкновение с атомами и ионами, которые являются своеобразным препятствием. Именно поэтому проводникам присвоена характеристика электрического сопротивления. Обратной сопротивлению величиной является электропроводность.

Электропроводность – это характеристика (способность) физического вещества проводить ток. Поэтому свойствами надежного проводника являются низкое сопротивление потоку движущихся электронов и, следовательно, высокая электропроводность. То есть, лучший проводник характеризуется большим показателем проводимости.

Например кабельная продукция : медный кабель обладает большей электропроводностью по сравнению с алюминиевым.

Что представляют собой диэлектрики?

Диэлектрики – это такие физические вещества, в которых при заниженных температурах отсутствуют электрические заряды. В состав таких веществ входят лишь атомы нейтрального заряда и молекулы. Заряды нейтрального атома имеют тесную связь друг с другом, поэтому лишены возможности свободного перемещения по всему веществу.

Самым лучшим диэлектриком является газ. Другие непроводящие электрический ток материалы – это стеклянные, фарфоровые, керамические изделия, а также резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы.

Диэлектрические предметы – это изоляторы, свойства которых главным образом зависимы от состояния окружающей атмосферы. Например, при высокой влажности некоторые диэлектрические материалы частично лишаются своих свойств.

Проводники и диэлектрики широко используются в сфере электротехники для решения различных задач.

Например, вся кабельно-проводниковая продукция изготавливается из металлов, как правило, из меди или алюминия. Оболочка проводов и кабелей полимерная, также, как и вилках всех электрических приборов. Полимеры – отличные диэлектрики, которые не допускают пропуска заряженных частиц.

Серебряные, золотые и платиновые изделия – очень хорошие проводники. Но их отрицательная характеристика, которая ограничивает использование, состоит в очень высокой стоимости.

Поэтому применяются такие вещества в сферах, где качество гораздо важнее цены, которая за него уплачивается (оборонная промышленность и космос).

Медные и алюминиевые изделия также являются хорошими проводниками, при этом имеют не столь высокую стоимость. Следовательно, использование медных и алюминиевых проводов распространено повсеместно.

Вольфрамовые и молибденовые проводники имеют менее хорошие свойства, поэтому используются в основном в лампочках накаливания и нагревательных элементах высокой температуры. Плохая электропроводность может существенно нарушить работу электросхемы.

Диэлектрики также различаются между собой своими характеристиками и свойствами. Например, в некоторых диэлектрических материалах также присутствуют свободные электрически заряды, пусть и в небольшом количестве. Свободные заряды возникают из-за тепловых колебаний электронов, т. е. повышение температуры все-таки в некоторых случаях провоцирует отрыв электронов от ядра, что понижает изоляционные свойства материала. Некоторые изоляторы отличаются большим числом «оторванных» электронов, что говорит о плохих изоляционных свойствах.

Самый лучший диэлектрик – полный вакуум, которого очень трудно добиться на планете Земля.

Полностью очищенная вода также имеет высокие диэлектрические свойства, но таковой даже не существует в реальности. При этом стоит помнить, что присутствие каких-либо примесей в жидкости наделяет ее свойствами проводника.

Главный критерий качества любого диэлектрического материала – это степень соответствия возложенным на него функциям в конкретной электрической схеме. Например, если свойства диэлектрика таковы, что утечка тока совсем незначительная и не приносит никакого ущерба работе схемы, то диэлектрик является надежным.

Что такое полупроводник?

Промежуточное место между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники. Главное отличие проводников заключается в зависимости степени электропроводности от температуры и количества примесей в составе. При том материалу свойственны характеристики и диэлектрика, и проводника.

С ростом температуры электропроводность полупроводников растет, а степень сопротивления при этом падает. При понижении температуры сопротивление стремится к бесконечности. То есть, при достижении нулевой температуры полупроводники начинают вести себя как изоляторы.

Полупроводниками являются кремний и германий.

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, проводимость – это 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 бо льшую 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

5. Проводники и изоляторы

Все вещества, предметы, тела можно разделить на две группы — проводники электричества и электрические изоляторы.

Чем отличаются проводники от изоляторов?

Чтобы ответить на этот вопрос, сделаем следующий опыт с электроскопом. Возьмём два электроскопа и поставим их рядом на столе. Один из электроскопов зарядим электричеством, а другой оставим незаряженным (рис. 5, сверху). Прикоснёмся теперь к обоим шарикам сразу медной палочкой. Мы увидим, что угол между листочками заряженного электроскопа немного уменьшится, а листочки незаряженного электроскопа раздвинутся (рис. 5, слева). Это происходит потому, что часть электричества с одного электроскопа ушла по медной палочке к другому. Медь — проводник электричества.

Рис. 5. По проводнику электричество переходит от одного электроскопа к другому, а по изолятору перейти не может.

Сделаем теперь снова такой же опыт, но на этот раз соединим шарики обоих электроскопов палочкой, сделанной из фарфора (рис. 5, справа). Листочки электроскопа останутся в прежнем положении: с ними ничего не произойдёт. Через фарфор электричество не смогло перейти от одного электроскопа к другому. Фарфор не проводит электричества. Он является изолятором.

Проводниками электричества являются, в первую очередь, металлы (медь, железо и другие), вода и земля. Человеческое тело также относится к проводникам. Примерами электрических изоляторов являются фарфор, стекло, резина, воздух.

Проводники и носят своё название от того, что они проводят электричество, т. е. пропускают его через себя, а изоляторы не проводят — не пропускают через себя электричество.

Основную часть электрических устройств составляют проводники, переносящие электричество в определённое место, и изоляторы, которые не дают электричеству уходить в неположенные для него места. Всякий, кто видел телефонную линию или линию передачи электрической энергии (рис. 6), замечал, что провода, которые служат для передачи электричества, натянуты на фарфоровых или стеклянных изоляторах. Провода (линия передачи) несут электричество от электрической станции (где оно вырабатывается машинами) к фабрикам, заводам, МТС и жилищам. Большие фарфоровые изоляторы поддерживают провода и обеспечивают передачу по ним электричества. Изоляторы нужны именно для того, чтобы не допустить ухода электричества с проводов через столбы в землю, оградить, или, как говорят, «изолировать» его от земли.

Рис. 6. Линия передачи электричества.

Текущее в проводах электричество образует электрический ток. Чем больше электричества протекает в одну секунду через провод, тем больший ток течёт по нему.

Люди частенько употребляют слова «провод» и «кабель», как синонимы. Эти два изделия имеют схожий внешний вид, но это не значит, что они совершенно одинаковые. Визуально они похожи, и с этим не поспоришь. Обычному потребителю вряд ли удастся визуально определить, какое изделие у него в руках.

В то время как специалист по электронике, электротехнике или другой профессионал, который по роду своей деятельности имеет дело с электричеством, без труда назовет . Возможно, некоторые обычные пользователи также способны понять суть этого отличия благодаря интуиции. Но сформулировать четко смогут не все.

Людям, которые не получили специальных знаний по электротехнике, но которым приходится сталкиваться с ремонтом бытовых электроприборов, будет очень полезно разобраться в терминологии и получить достоверную информацию.

Отличие кабеля от провода

Какое же у этих изделий сходство или различие? Визуально они очень похожи, но по документации эти изделия проходят под разными наименованиями – «провод» и «кабель». А если заглянуть в строительную смету, то там четко видно, что провод стоит дешевле, чем кабель.

В различной спецлитературе, учебниках и справочниках даются определения этим понятиям, но они довольно пространные. Зато в ТУ и ГОСТ есть характеристика изделий, относящихся к «проводу» или к «кабелю».

В ТУ зачастую можно найти лишь небольшие детали, по которым необходимо различать кабель и провод. Например, форма (плоская или круглая), толщина оболочки, изоляция, количество жил.

Если говорить о форме, то она не несет специфической нагрузке. От формы изделия зависит разве что удобство использования в конкретной ситуации. Определяющим фактом в делении на провод или кабель является спецификация. В ней указано конкретно, какое это изделие.

Слова « кабель» и «провод» часто используются в описаниях электропроводки и электрических сетей, когда имеется в виду проводник электрического тока. Может показаться, что эти два изделия – одно и тоже. Но между ними есть разница, которая будет описана ниже.

Что представляет собой провод ? В электротехнике так называют многожильный или одножильный проводник, который имеет легкую трубчатую изоляцию, либо вовсе ее не имеет.

Кабель представляет собой систему изолированных проводников, которые для удобства монтажа и эксплуатации, а также для защиты от влияния окружающей среды и механических повреждений объединены в единую конструкцию. Для повышения безопасности использования электрических проводов, для облегчения их совместной прокладки, для обеспечения защиты при эксплуатации в сложных условиях электрические провода собирают вместе. На них «одевается» дополнительный слой изоляции. Кабель защищают броневым кожухом при необходимости.

Итак, провод – это одни проводник, а кабель – это две или более изолированные жилы, объединенные вместе. Помимо изоляции жил кабель имеет изоляционную оболочку. Если на двух или более проводниках нет никакой изоляции, то перед вами просто проводник, по классификации – это «провод», а не «кабель».

Все провода и кабели можно разделить на несколько категорий в зависимости от характеристик изделия, особенностей конструкции и материалов, используемых при изготовлении.

Провода делятся на две группы:

1. — многожильный провод, например, ПВ-3 – гибкий провод из меди;
2. — из сплошной проволоки (монолит), например, ПВ-1 – однопроволочный провод из меди.

От коэффициента гибкости и уровня сопротивления зависят требования к эксплуатации и применение провода. Одножильные твердые провода могут быть как без оболочки, «голыми», так и в оболочке. Благодаря своей конструкции такой тип провода предполагает уменьшение сопротивления. Если за цель ставится увеличение производительности на высоких частотах, то обычно прибегают к использованию подобных твердых проводников.

Первый тип провода представляет собой множество токопроводящих жил. Этот провод состоит из нескольких нитей медной проволоки, которые сплетены в единое целое. При внешних механических воздействиях, а также при частых перегибах такое строение провода помогает увеличить срок эксплуатации изделия и достичь существенной гибкости.

Многожильная жила или монолит — какой кабель лучше

Кабель с одной жилой обычно называют жестким, а гибким считается кабель с многопроволочной жилой. Гибкость кабеля тем выше, чем тоньше каждая проволочка, и чем больше число этих проволочек в жиле.

В зависимости от гибкости кабель делится на семь классов. Самый гибкий – 7-ой класс, а моножила относится к 1-ому классу. Кабель высокого класса гибкости стоит дороже.

Назначение жесткого кабеля – это укладка в грунт, заделка его в стены, в то время как гибкий кабель применяют для подключения электроприборов или подвижных механизмов. С точки зрения эксплуатации не имеет значения, какой кабель жесткий или гибкий. Что касается монтажа, то все зависит от предпочтений конкретного электрика.

Важно отметить, что концы гибкого кабеля, впоследствии вставляемые в выключатели или в розетку, обязательно необходимо пропаять и обжать специальными трубчатыми наконечниками – оконцевателями. Жесткий кабель не требует такой процедуры.

Гибкий кабель более уместен для подключения осветительных устройств, так как эти устройства меняются довольно часто. Если взять для этих целей жесткий кабель, то при подключении нового электрооборудования велика вероятность, что он сломается.

Изоляция жил и оболочка кабеля

Двойная изоляция однозначно лучше. Как известно, срок службы кабеля в двойной изоляции составляет 30 лет, а в одинарной оболочке срок службы − до15 лет.

• — для прокладки в сауне или в другом горячем помещении используются термостойкие кабели;
• — маркировка «нг» означает, что кабель не поддерживает горение, но это не значит, что он термостойкий, то есть для высоких температур такой кабель не предназначен;
• — есть кабели, которые могут «работать» при воздействии пламени в течение 120, 60 или 30 минут, на них вы увидите маркировку соответственно Е120, Е60 или Е30;
• — кабель с полиэтиленовой оболочкой допустимо прокладывать как открытым способом, так и в грунте;
• — кабель с ПВХ (поливинилхлорид) изоляцией можно прокладывать в кабельных каналах или в помещении.

Надеюсь данная статья помогла вам разобраться чем отличается кабель от провода. Если у Вас возникли вопросы оставляйте их в комментариях, с удовольствием на них отвечу.

Полупроводники | это… Что такое Полупроводники?

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 порядка нескольких эВ (электрон-вольта), то есть соизмерима с kT. Например, алмаз можно отнести к широкозонным полупроводникам, а InAs — к узкозонным.

В зависимости от того, отдаёт ли атом примеси электрон или захватывает его, примесные атомы называют донорными или акцепторными. Характер примеси может меняться в зависимости от того, какой атом кристаллической решётки она замещает, в какую кристаллографическую плоскость встраивается.

Проводимость полупроводников сильно зависит от температуры. Вблизи абсолютного нуля температуры полупроводники имеют свойства изоляторов.

Содержание 1 Типы полупроводников в периодической системе элементов 2 Физические свойства и применения 2.1 Легирование 3 Методы получения 4 Оптика полупроводников 5 Полупроводники 6 См. также 7 Ссылки

Типы полупроводников в периодической системе элементов

В нижеследующей таблице представлена информация о большом количестве полупроводниковых соединений. Их делят на несколько типов: одноэлементные полупроводники IV группы периодической системы элементов, сложные: двухэлементные A^IIIB^V и A^IIB^VI из третьей и пятой группы и из второй и шестой группы элементов соответственно. Все типы полупроводников обладают интересной зависимостью ширины запрещённой зоны от периода, а именно — с увеличением периода ширина запрещённой зоны уменьшается.

Группа

IIB

IIIA

IVA

VA

VIA

Период

2

5 B

6 C

7 N

3

13 Al

14 Si

15 P

16 S

4

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

5

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

6

80 Hg

Физические свойства и применения

Прежде всего, следует сказать, что физические свойства полупроводников наиболее изучены по сравнению с металлами и диэлектриками. В немалой степени этому способствует огромное количество эффектов, которые не могут быть наблюдаемы ни в тех ни в других веществах, прежде всего связанные с устройством зонной структуры полупроводников, и наличием достаточно узкой запрещённой зоны. Конечно же, основным стимулом для изучения полупроводников является производство полупроводниковых приборов и интегральных микросхем — это в первую очередь относится к кремнию, но затрагивает и другие соединения (Ge, GaAs, InP, InSb).

Кремний — непрямозонный полупроводник, оптические свойства которого широко используются для создания фотодиодов и солнечных батарей, однако его очень трудно заставить работать в качестве источника света, и здесь вне конкуренции прямозонные полупроводники — соединения типа A^IIIB^V, среди которых можно выделить GaAs, GaN, которые используются для создания светодиодов и полупроводниковых лазеров.

Собственный полупроводник при температуре абсолютного ноля не имеет свободных носителей в зоне проводимости в отличие от проводников и ведёт себя как диэлектрик. При легировании ситуация может поменяться (cм. вырожденные полупроводники).

В связи с тем, что технологи могут получать очень чистые вещества встаёт вопрос о новом эталоне для числа Авогадро.

Легирование

Объёмные свойства полупроводника могут сильно зависеть от наличия дефектов в кристаллической структуре. И поэтому стремятся выращивать очень чистые вещества, в основном для электронной промышленности. Легирующие примеси вводят для управления величиной и типом проводимости полупроводника. Например, широко распространённый кремний можно легировать элементом V подгруппы периодической системы элементов — фосфором, который является донором, и создать n-Si. Для получения кремния с дырочным типом проводимости (p-Si) используют бор (акцептор). Также создают компенсированные полупроводники с тем чтобы зафиксирован уровень Ферми в середине запрещённой зоны.

Методы получения

Свойства полупроводников зависят от способа получения, так как различные примеси в процессе роста могут изменить их. Наиболее дешёвый способ промышленного получения монокристаллического технологического кремния — метод Чохральского. Для очистки технологического кремния используют также метод зонной плавки.

Для получения монокристаллов полупроводников используют различные методы физического и химического осаждения. Наиболее прецизионный и дорогой инструмент в руках технологов для роста монокристаллических плёнок — установки молекулярно-лучевой эпитаксии, позволяющей выращивать кристалл с точностью до монослоя.

Оптика полупроводников

Поглощение света полупроводниками обусловлено переходами между энергетическими состояниями зонной структуры. Учитывая принцип запрета Паули, электроны могут переходить только из заполненного энергетического уровня на незаполненный. В собственном полупроводнике все состояния валентной зоны заполнены, а все состояния зоны проводимости незаполненные, поэтому переходы возможны лишь из валентной зоны в зону проводимости. Для осуществления такого перехода электрон должен получить от света энергию, превышающую ширину запрещённой зоны. Фотоны с меньшей энергией не вызывают переходов между электронными состояниями полупроводника, поэтому такие полупроводники прозрачны в области частот , где E_g — ширина запрещённой зоны, — постоянная Планка. Эта частота определяет фундаментальный край поглощения для полупроводника. Для полупроводников, которые зачастую применяются в электронике (кремний, германий, арсенид галлия) она лежит в инфракрасной области спектра.

Дополнительные ограничения на поглощение света полупроводников накладывают правила отбора, в частности закон сохранения импульса. Закон сохранения импульса требует, чтобы квазиимпульс конечного состояния отличался от квазиимпульса начального состояния на величину импульса поглощённого фотона. Волновое число фотона 2π / λ, где λ — длина волны, очень мало по сравнению с волновым вектором обратной решётки полупроводника, или, что то же самое, длина волны фотона в видимой области намного больше характерного межатомного расстояния в полупроводнике, что приводит к требованию того, чтобы квазиимпульс конечного состояния при электронном переходе практически равнялся квазиимпульсу начального состояния. При частотах, близких к фундаментальному краю поглощения, это возможно только для прямозонных полупроводников. Оптические переходы в полупроводниках, при которых импульс электрона почти не меняется называются прямыми или вертикальными. Импульс конечного состояния может значительно отличаться от импульса начального состояния, если в процессе поглощения фотона участвует ещё одна, третья частица, например, фонон. Такие переходы тоже возможны, хотя и менее вероятны. Они называются непрямыми переходами.

Таким образом, прямозонные полупроводники, такие как арсенид галлия, начинают сильно поглощать свет, когда энергия кванта превышает ширину запрещённой зоны. Такие полупроводники очень удобны для использования в оптоэлектронике.

Непрямозонные полупроводники, например, кремний, поглощают в области частот света с энергией кванта чуть больше ширины запрещённой зоны значительно слабее, только благодаря непрямым переходам, интенсивность которых зависит от присутствия фононов, и следовательно, от температуры. Граничная частота прямых переходов кремния больше 3 эВ, то есть лежит в ультрафиолетовой области спектра.

При переходе электрона из валентной зоны в зону проводимости в полупроводнике возникают свободные носители заряда, а следовательно фотопроводимость.

При частотах ниже края фундаментального поглощения также возможно поглощение света, которое связано с возбуждением экситонов, электронными переходами между уровнями примесей и разрешенными зонами, а также с поглощением света на колебаниях решетки и свободных носителях. Экситонные зоны расположены в полупроводнике несколько ниже дна зоны проводимости благодаря энергии связи экситона. Экситонные спектры поглощения имеют водородоподобную структуру энергетических уровней. Аналогичным образом примеси, акцепторы или доноры, создают акцепторные или донорные уровни, лежащие в запрещённой зоне. Они значительно модифицируют спектр поглощения легированного полупроводника. Если при непрямозонном переходе одновременно с квантом света поглощается фонон, то энергия поглощенного светового кванта может быть меньше на величину энергии фонона, что приводит к поглощению на частотах несколько ниже по энергии от фундаментального края поглощения.

Полупроводники

• кремний, Si
• германий, Ge
• серое олово, α-Sn
• карбид кремния, SiC
• нитрид бора, BN
• нитрид алюминия, AlN
• фосфид алюминия, AlP
• арсенид алюминия, AlAs
• нитрид галлия, GaN
• фосфид галлия, GaP
• арсенид галлия, GaAs
• антимонид галлия, GaSb
• фосфид индия, InP
• арсенид индия, InAs
• антимонид индия, InSb
• селенид цинка, ZnSe
• селенид кадмия, CdSe
• теллурид кадмия, CdTe
• теллурид цинка, ZnTe
• теллурид ртути, HgTe
• оксид цинка, ZnO
• диоксид титана, TiO2
• сульфид цинка, ZnS
• сульфид свинца, PbS
• теллурид свинца, PbTe
• теллурид олова, SnTe
• теллурид висмута, Bi₂Te₃
• органические полупроводники

См. также

• Проводник
• Диэлектрик
• Словарь терминов физики полупроводников
• Полупроводниковые материалы
• Полупроводниковые приборы

Ссылки

• http://www. revveton.com/types.html
• Получение зависимостей Мотта-Шоттки методом потенциодинамической электрохимической импедансной спектроскопии

18 Разница между проводниками, полупроводниками и изоляторами (с таблицей)

Физика — это отрасль науки, изучающая структуру материи и то, как ее составляющие взаимодействуют с природой. Область физики включает механические и электрические исследования.

Электротехника занимается электричеством и электропроводностью. Проводники, полупроводники и изоляторы являются важными компонентами, которые влекут за собой проводимость.

Итак, в чем основное различие между проводниками, полупроводниками и изоляторами? Проводники — это материалы, пропускающие электрический ток. Полупроводники – это материалы, обладающие умеренной проводимостью. Изоляторы препятствуют протеканию в них электрического тока.

В этой статье представлены дополнительные различия между проводниками, полупроводниками и изоляторами в табличной форме. Потратьте время, чтобы прочитать его и познакомиться с их примерами.

Вам также понравится: разница между металлами, неметаллами и металлоидами

Сравнительная таблица (проводники, полупроводники и изоляторы)

Основные условия	Проводники	Полупроводники	Изоляторы
Значение	Это вещества, пропускающие через себя электрический ток.	Это вещества, которые обеспечивают умеренный поток электрического заряда.	Это вещества, не пропускающие электрический ток.
Проводимость	Высокий	Умеренный	Низкий
Запретная болтовня	Не существует	Маленькое существование	Большое существование
Удельное сопротивление	Низкий	Умеренный	Высокий
Температурный коэффициент сопротивления	Положительный	Отрицательный	Отрицательный
Носители заряда в зоне проводимости	Полностью заполнен	Частично заполненный	Полностью пустой
Электроны проводимости	Многочисленные	Очень меньше	Нейтральные номера
Текущий расход	Вызвано наличием свободных электронов.	Вызвано свободными электронами и дырками	Незначительное количество свободных электронов.
Валентные электроны	Только один валентный электрон на внешнем энергетическом уровне	Четыре валентных электрона на внешнем энергетическом уровне.	Восемь валентных электронов на внешнем энергетическом уровне.
Перекрывающиеся ленты	Валентная зона и зона проводимости перекрываются	Валентная зона и зона проводимости имеют раздельную щель в 1,1 эВ.	Обе полосы разделены энергетической щелью 6эВ – 10эВ.
Тип облигаций	Металлическое соединение	Ковалентная связь	Ионная связь
Влияние температуры на проводимость	Уменьшается	Увеличивает	увеличивает
Эффект легирования	Сопротивление увеличивается	Сопротивление остается неизменным.	Сопротивление уменьшается.
Абсолютный ноль	ведет себя как сверхпроводник	ведет себя как изоляторы	Ведут себя как изоляторы
Влияние повышения температуры	Электронные носители уменьшаются.	Количество переносов электронов увеличивается	Количество переносимых электронов увеличивается.
Приложения	Токопроводящие провода и трансформаторы.	Диоды, транзисторы и оптопары	Спортивное оборудование и бытовая техника.
Примеры	Медь, алюминий, графит и т. д.	Кремний, германий, мышьяк и др.	Бумага, резина, стекло, пластмасса и т. д.

Что такое проводники?

Проводники — это вещества, которые обеспечивают легкое протекание электрического тока через них. Разрешение происходит, когда электроны перемещаются от одного атома к другому при приложении соответствующего электрического поля.

Эти материалы обладают высокой проводимостью по сравнению с полупроводниками и изоляторами. Заряд напряжения заставляет электроны перемещаться из валентной зоны в зону проводимости из-за электрических полей.

Движение носителей заряда позволяет пропускать через устройство большой электрический ток. Примерами проводников являются медь, алюминий и графит.

Вам также может быть интересно: Разница между растворенным веществом и растворителем

Что такое полупроводники?

Полупроводники — это вещества, обладающие умеренными свойствами электропроводности. Но носителями заряда являются как электроны, так и дырки.

При температуре абсолютного нуля полупроводники ведут себя как изоляторы. Это происходит потому, что в самой внешней оболочке нет свободного движения электронов.

В полупроводниках валентная зона и зона проводимости не перекрываются. Это причина небольшой разницы в энергии с проводниками. Примерами полупроводников являются кремний и мышьяк.

Что такое изоляторы?

Изоляторы представляют собой вещества, препятствующие прохождению через них электрического тока. Эти материалы называются плохими проводниками электрического заряда.

Энергетическая щель достаточно велика, и это не возбуждает валентные электроны на самой внешней оболочке. Это происходит потому, что электроны не могут перепрыгнуть в зону проводимости из валентной зоны.

Но экстремально высокие температуры могут заставить электроны прыгать в зону проводимости и обеспечивать протекание электрического тока. Примерами изоляторов являются бумага и каучук.

Вам также может понравиться: Разница между физическими и химическими изменениями

Разница между проводниками, полупроводниками и изоляторами

1. Проводники обладают высокой проводимостью. Полупроводники имеют умеренную проводимость. Изоляторы имеют низкую проводимость.
2. Проводники имеют низкое сопротивление. Полупроводники имеют среднее сопротивление. Изоляторы имеют высокое сопротивление.
3. Проводники имеют полностью заполненную зону проводимости. Полупроводники частично заполнили зону проводимости. Изоляторы имеют полностью пустую зону проводимости.
4. Проводники имеют металлическое соединение. Полупроводники имеют ковалентную связь. Изоляторы имеют ионную связь.
5. Проводники не имеют запрещенного промежутка. Полупроводники имеют небольшую запрещенную зону. Изоляторы имеют большую запрещенную зону.

В заключение

Проводники, полупроводники и изоляторы имеют многочисленные промышленные применения. Применение этих материалов основано на их электропроводности и других важных свойствах.

Движение электронов из валентной зоны в зону проводимости является причиной протекания электрического тока. Полупроводники лежат между проводниками и изоляторами.

Таким образом, основное различие между проводниками, полупроводниками и изоляторами основано на проводимости. Проводники и полупроводники пропускают ток, в отличие от изоляторов.

Дополнительные источники и ссылки

• https://www.britannica.com/science/electricity/Conductors-insulators-and-semiconductors
• https://www.khanacademy.org/science/in-in-class-12th-physics-india/in-in-semiconductors/in-in-band-theory-of-solids/v/conductors-insulators-and -полупроводники-класс-12-индийская-физическая-хан-академия
• https://byjus.com/questions/дифференциация-между-металлами-изоляторами-и-полупроводниками-на-основе-оф-их-энергетических-диапазонов/

© 2023 Coredifferences.com является участником партнерской программы Amazon Services LLC, партнерской рекламной программы, предназначенной для предоставления сайтам средств для получения платы за рекламу за счет рекламы и ссылок на amazon.com.

Разница между проводниками, полупроводниками и изоляторами (со сравнительной таблицей)

Проводники, полупроводники и изоляторы можно отличить по их проводимости и другим свойствам. Проводники, такие как металлы, проявляют проводимость при комнатной температуре, но при повышении температуры их проводимость снижается.

Однако полупроводники действуют как изоляторы при низкой температуре, но при повышении температуры их проводящие свойства также меняются; однако изоляторы не имеют такого влияния колебаний температуры, поскольку они не обладают проводящими свойствами.

Изоляторы и проводники могут быть твердыми, жидкими или газообразными, и в некоторых исключениях, таких как стекло (твердое), которое является изолятором, становится проводником при плавлении при более высокой температуре. С другой стороны, полупроводники присутствуют в твердой форме.

Жидкости могут быть проводниками или изоляторами, в зависимости от других свойств. Хотя абсолютно чистая вода является изолятором, жидкие металлы обладают электропроводностью. Газы также становятся электропроводными при ионизации, хотя обычно они являются изоляторами.

Проводимость — это явление передачи тепла, электричества или звука. Итак, исходя из проводимости любого материала и наличия запрещенной зоны, их (материалы) можно классифицировать как проводники, полупроводники или изоляторы. В статье мы будем различать три термина по другим пунктам, по которым они различаются.

Содержание: Проводники, полупроводники и изоляторы

1. Сравнительная таблица
2. Определение
3. Ключевые отличия
4. Заключение

Сравнительная таблица

Основание для сравнения	Проводники	Полупроводники	Изоляторы
Значение	Проводники – это вещества, передающие по ним тепло или электричество.	Такие вещества или материалы, которые могут действовать как проводники, а также изоляторы при различных условиях, известны как полупроводники.	Изоляторы — это вещества, которые не пропускают тепло или электричество.
Проводимость	Высокая.	Умеренный.	Низкий.
Запрещенный промежуток	Запрещенный промежуток отсутствует.	Небольшой запрещенный промежуток.	Большой запрещенный промежуток.
Удельное сопротивление	Низкое.	Умеренный.	Очень высокий.
Температурный коэффициент	Положительный.	Отрицательный.	Отрицательный.
Значение проводимости	очень высокое.	умеренный.	незначительно.
Проводимость	Многочисленные электроны для проводимости.	Очень мало электронов для проводимости.	Нейтральное количество электронов для проводимости.
Значение удельного сопротивления	Менее	Между	Более
Поток тока	Вызван наличием свободных электронов.	Это вызвано свободными электронами и дырками.	Это вызвано наличием свободных электронов, которыми можно пренебречь.
Валентные электроны	На внешней оболочке находится только один валентный электрон.	На внешней оболочке четыре валентных электрона.	На внешней оболочке восемь валентных электронов.
Перекрытие зон	Валентная зона и зона проводимости перекрываются.	Валентная зона и зона проводимости разделены энергетической щелью 1,1 эВ.	Обе полосы разделены энергетической щелью 6eV — 10eV.
Тип соединения	Проводники образованы металлическим соединением.	Полупроводники образованы ковалентной связью.	Изоляторы образованы ионными связями.
Примеры	Золото, бронза, серебро, ртуть, медь, латунь и т. д.	Кремний, алюминий.	Слюда, резина, древесина, бумага и т. д.

Определение проводников

Материалы или вещества, которые позволяют электричеству течь через них, известны как проводники. Этот процесс происходит потому, что проводники позволяют электронам течь от одного атома к другому за счет приложения напряжения. Явление передачи тепла или электричества в любом веществе известно как проводимость.

Электрические проводники могут быть металлами, неметаллами (проводящий полимер и графит), металлическими сплавами и электролитами. Золото, алюминий, сталь, медь и латунь являются типичными примерами, с которыми мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни, и наиболее распространенным является чистое элементарное серебро. Как сказано выше, проводники в основном состоят из твердых металлов, которые вплавлены в провода или вырезаны на печатных платах.

Ртуть является лучшим примером в случае жидкостей в качестве проводника. Газы — плохие проводники, но при ионизации они могут стать хорошими проводниками. Таким образом, мы можем сказать, что земля, животное, человеческое тело и металлы являются проводниками, которые позволяют передавать тепло и электричество из одной точки в другую.

Применение проводников

• Железо используется в производстве автомобильных двигателей для отвода тепла.
• Железная пластина изготовлена ​​из стали, чтобы поглощать больше тепла.
Алюминий
• используется в кухонной утвари, которая поглощает и сохраняет тепло, и даже используется для упаковки продуктов.
• Ртуть используется для измерения температуры тела и используется в термометре.

Определение полупроводников

Материалы, которые ведут себя как проводники, а также изоляторы в различных условиях, известны как полупроводники. Можно также сказать, что это такие материалы, проводимость которых лежит между проводниками и изоляторами (непроводниками).

Полупроводники используются в производстве различных электронных устройств, таких как транзисторы, интегральные схемы и диоды. Эти устройства надежны, недороги, просты в использовании, обладают высокой мощностью и эффективностью. Германий, кремний, теллур, олово и другие оксиды металлов — вот несколько примеров полупроводников.

Применение полупроводников

Полупроводники используются в силовых устройствах, излучателях света (включая твердотельные лазеры), оптических датчиках. Поскольку они могут работать с напряжением и током, и они рассматриваются как будущие элементы в производстве электронных устройств, таких как промышленное контрольное оборудование, связь с обработкой данных и т. д.

Определение изоляторов

Изоляторы – это вещества, свойства которых отличаются от свойств проводников, поскольку они не пропускают через себя тепло или электричество. Причина, по которой поток тепла или электричества не течет, заключается в удельном сопротивлении вещества, а также в том, что у них нет свободных электронов.

Изоляторы в основном твердые. Стекло, слюда, резина, кварц, дерево, шерсть, пластик — вот некоторые из типичных примеров изоляторов. Одним из существенных преимуществ изоляторов является то, что они защищают от тепла и электричества, а также формируют звук.

Применение изоляторов

• Резина широко используется в качестве огнестойкой одежды, шин, тапочек, так как она является хорошим изолятором.
• Электрические изоляторы используются в высоковольтных системах, электрических платах, так как они (изоляционные материалы) препятствуют прохождению электронов и тока через них.
• Изоляционными материалами также покрыты электрические кабели и провода.
• Шерстяная одежда и одеяла, используемые зимой для согрева тела.

Ключевые различия между проводниками, полупроводниками и изоляторами

Ниже приводятся общие, хотя и существенные различия между проводниками, полупроводниками и изоляторами:

1. Проводники — это вещество или материал, передающие через них тепло или электричество. Такие элементы или материалы, которые могут действовать как проводники, а также изоляторы в различных условиях, известны как полупроводники, тогда как Изоляторы — это вещество или материал, который не передает через себя тепло или электричество.
2. Проводники имеют высокую проводимость , в то время как полупроводники имеют умеренную, а изоляторы низкую (незначительную) проводимость .
3. Запрещенная щель (щель между валентной зоной и зоной проводимости) не встречается в проводниках, тогда как в полупроводниках имеется небольшая запрещенная щель, а в изоляторах наблюдается большая запрещенная щель.
4. Удельное сопротивление (свойство сопротивления измерять электрическую проводимость), которое низкое или незначительное у проводников и очень высокое у изоляторов, но умеренное у полупроводников.
5. Значение проводимости (чем выше значение проводимости, тем ниже удельное сопротивление вещества) составляет 10 ^-7 мОм/м (очень высокое) проводников, тогда как полупроводники имеют значение между 10 ^-7 мхо/м до 10 ^-13 мхо/м и изоляторы имеют 10 ^-13 мхо/м (незначительно).
6. Resistivity value of the conductors is less than   10 ^-5  Ω-m , while the semiconductors hold the value between   10 ^-5  Ω-m  to  10 ⁵   Ω -m и изоляторы имеют более   10 ⁵   Ω -m .
7. На самой внешней оболочке проводников находится только один валентный электрон, хотя на самой внешней оболочке полупроводников имеется четыре валентных электрона, а на самой внешней оболочке изоляторов — восемь валентных электронов.
8. Проводники образованы металлическим соединением; Полупроводники образованы ковалентной связью; Изоляторы образованы ионными связями.
9. Золото, бронза, серебро, ртуть, медь, латунь и т. д. являются немногими широко используемыми проводниками, тогда как кремний, алюминий, олово, германий являются полупроводниками; Слюда, резина, дерево, шерсть, бумага и т.