В чем отличие проводников от полупроводников и изоляторов

Транзисторы. Часть 2. Проводники, изоляторы и полупроводники

В электротехнике применяются различные материалы. Электрические свойства веществ определяются количеством электронов на внешней валентной орбите. Чем меньше электронов находится на этой орбите, тем слабее они связаны с ядром, тем легче могут отправиться путешествовать.

Под воздействием температурных колебаний электроны отрываются от атома и перемещаются в межатомном пространстве. Такие электроны называют свободными, именно они и создают в проводниках электрический ток. А велико ли межатомное пространство, есть ли простор для путешествия свободных электронов внутри вещества?

Структура твердых тел и жидкостей кажется непрерывной и плотной, напоминающей по структуре клубок ниток. Но на самом деле даже твердые тела больше похожи на рыболовную или волейбольную сеть. На бытовом уровне этого конечно не разглядеть, но точными научными исследованиями установлено, что расстояния между электронами и ядром атомов намного превышают их собственные размеры.

Если размер ядра атома представить в виде шара размером с футбольный мяч, то электроны в такой модели будут размером с горошину, а каждая такая горошина расположена от «ядра» на расстоянии в несколько сотен и даже тысяч метров. А между ядром и электроном пустота – просто ничего нет! Если в таком же масштабе представить расстояния между атомами вещества, размеры получатся вообще фантастические, — десятки и сотни километров!

Хорошими проводниками электричества являются металлы. Например, атомы золота и серебра имеют на внешней орбите всего по одному электрону, поэтому именно они являются наилучшими проводниками. Железо тоже электричество проводит, но несколько хуже.

Еще хуже проводят электричество сплавы с высоким сопротивлением. Это нихром, манганин, константан, фехраль и другие. Такое многообразие высокоомных сплавов связано с тем, что они предназначены для решения различных задач: нагревательные элементы, тензодатчики, образцовые резисторы для измерительных приборов и многое другое.

Для того, чтобы оценить способность материала проводить электричество было введено понятие «удельная электропроводность». Обратное значение – удельное сопротивление. В механике этим понятиям соответствует удельный вес.

Изоляторы, в отличие от проводников, не склонны терять электроны. В них связь электрона с ядром очень прочная, и свободных электронов почти нет. Точнее есть, но очень мало. При этом в некоторых изоляторах их больше, а качество изоляции у них, соответственно, хуже. Достаточно сравнить, например, керамику и бумагу. Поэтому изоляторы условно можно разделить на хорошие и плохие.

Появление свободных зарядов даже в изоляторах обусловлено тепловыми колебаниями электронов: под воздействием высокой температуры изоляционные свойства ухудшаются, некоторым электронам все-таки удается оторваться от ядра.

Аналогично удельное сопротивление идеального проводника было бы равно нулю. Но такого проводника к счастью нет: представьте себе, как бы выглядел закон Ома ((I = U/R) с нулем в знаменателе. Прощай математика и электротехника.

И лишь при температуре абсолютного нуля (-273,2C°) тепловые колебания полностью прекращаются, а самый плохой изолятор становится достаточно хорошим. Для того, чтобы определить численно «это» плохой – хороший пользуются понятием удельного сопротивления. Это сопротивление в Омах кубика с длиной ребра в 1 см, размерность удельного сопротивления при этом получается в Ом/см. Удельное сопротивление некоторых веществ показано ниже. Проводимость это величина обратная удельному сопротивлению, — единица измерения Сименс, — 1См = 1 / Ом.

Хорошую проводимость или малое удельное сопротивление имеют: серебро 1,5*10^(-6), читать, как (полтора на десять в степени минус шесть), медь 1,78*10^(-6), алюминий 2,8*10^(-6). Намного хуже проводимость у сплавов с высоким сопротивлением: константан 0,5*10^(-4), нихром 1,1*10^(-4). Эти сплавы можно назвать плохими проводниками. После всех этих сложных цифр следует подставить Ом/см.

Далее в отдельную группу можно выделить полупроводники: германий 60 Ом/см, кремний 5000 Ом/см, селен 100 000 Ом/см. Удельное сопротивление этой группы больше, чем у плохих проводников, но меньше, чем у плохих изоляторов, не говоря уже о хороших. Наверное, с тем же успехом полупроводники можно было назвать полуизоляторами.

После такого короткого знакомства со строением и свойствами атома следует рассмотреть, как атомы взаимодействуют между собой, как атомы взаимодействуют между собой, как из них получаются молекулы, из которых состоят различные вещества. Для этого снова придется вспомнить об электронах на внешней орбите атома. Ведь именно они участвуют в связи атомов в молекулы и определяют физические и химические свойства вещества.

Как из атомов получаются молекулы

Любой атом находится в стабильном состоянии, если на его внешней орбите находится 8 электронов. Он не стремится забрать электроны у соседних атомов, но не отдает и свои. Чтобы убедиться в справедливости этого достаточно в таблице Менделеева посмотреть на инертные газы: неон, аргон, криптон, ксенон. Каждый из них на внешней орбите имеет 8 электронов, чем и объясняется нежелание этих газов вступать в какие – либо отношения (химические реакции) с другими атомами, строить молекулы химических веществ.

Совсем по-другому обстоит дело у тех атомов, у которых на внешней орбите нет заветных 8 электронов. Такие атомы предпочитают объединиться с другими, чтобы за счет них дополнить свою внешнюю орбиту до 8 электронов и обрести спокойное стабильное состояние.

Вот, например, всем известная молекула воды H2O. Она состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, как показано на рисунке 1 .

Рисунок 1 . Как создается молекула воды.

В верхней части рисунка показаны отдельно два атома водорода и один атом кислорода. На внешней орбите кислорода находятся 6 электронов и тут же поблизости два электрона у двух атомов водорода. Кислороду до заветного числа 8 не хватает как раз двух электронов на внешней орбите, которые он и получит, присоединив к себе два атома водорода.

Каждому атому водорода для полного счастья не хватает 7 электронов на внешней орбите. Первый атом водорода получает на свою внешнюю орбиту 6 электронов от кислорода и еще один электрон от своего близнеца – второго атома водорода. На его внешней орбите вместе со своим электроном теперь 8 электронов. Второй атом водорода тоже комплектует свою внешнюю орбиту до заветного числа 8. Этот процесс показан в нижней части рисунка 1 .

На рисунке 2 показан процесс соединения атомов натрия и хлора. В результате чего получается хлористый натрий, который продается в магазинах под названием поваренная соль.

Рисунок 2 . Процесс соединения атомов натрия и хлора

Здесь тоже каждый из участников получает от другого недостающее количество электронов: хлор к своим собственным семи электронам присоединяет единственный электрон натрия, в то время, как свои отдает в распоряжение атома натрия. У обоих атомов на внешней орбите по 8 электронов, чем достигнуто полное согласие и благополучие.

Валентность атомов

Атомы, у которых на внешней орбите содержится 6 или 7 электронов, стремятся присоединить к себе 1 или 2 электрона. Про такие атомы говорят, что они одно или двухвалентны. А вот если на внешней орбите атома 1, 2 или 3 электрона, то такой атом стремится их отдать. В этом случае атом считается одно, двух или трехвалентным.

Если на внешней орбите атома содержится 4 электрона, то такой атом предпочитает объединиться с таким же, у которого тоже 4 электрона. Именно так объединяются атомы германия и кремния, использующиеся в производстве транзисторов. В этом случае атомы называются четырехвалентными. (Атомы германия или кремния могут объединяться и с другими элементами, например, кислородом или водородом, но эти соединения в плане нашего рассказа неинтересны.)

На рисунке 3 показан атом германия или кремния, желающий объединиться с таким же атомом. Маленькие черные кружочки — это собственные электроны атома, а светлые кружки обозначают места, куда попадут электроны четырех атомов – соседей.

Рисунок 3 . Атом германия (кремния).

Кристаллическая структура полупроводников

Атомы германия и кремния в периодической таблице находятся в одной группе с углеродом (химическая формула алмаза C,- это просто большие кристаллы углерода, полученные при определенных условиях), и поэтому при объединении образуют алмазоподобную кристаллическую структуру. Образование подобной структуры показано, в упрощенном, конечно, виде на рисунке 4 .

В центре куба находится атом германия, а по углам расположены еще 4 атома. Атом, изображенный в центре куба, своими валентными электронами связан с ближайшими соседями. В свою очередь угловые атомы отдают свои валентные электроны атому, расположенному в центре куба и соседям, – атомам на рисунке не показанным. Таким образом, внешние орбиты дополняются до восьми электронов. Конечно, никакого куба в кристаллической решетке нет, просто он показан на рисунке, чтобы было понятно взаимное, объемное расположение атомов.

Но для того, чтобы максимально упростить рассказ о полупроводниках, кристаллическую решетку можно изобразить в виде плоского схематического рисунка, несмотря на то, что межатомные связи все-таки расположены в пространстве. Такая схема показана на рисунке 5 .

Рисунок 5 . Кристаллическая решетка германия в плоском виде.

В таком кристалле все электроны крепко привязаны к атомам своими валентными связями, поэтому свободных электронов здесь, видимо, просто нет. Выходит, что перед нами на рисунке изолятор, поскольку нет в нем свободных электронов. Но, на самом деле это не так.

Собственная проводимость

Дело в том, что под воздействием температуры некоторым электронам все же удается оторваться от своих атомов, и на некоторое время освободиться от связи с ядром. Поэтому небольшое количество свободных электронов в кристалле германия существует, за счет чего есть возможность проводить электрический ток. Сколько же свободных электронов существует в кристалле германия при нормальных условиях?

Таких свободных электронов всего не более двух на 10^10 (десять миллиардов) атомов, поэтому германий плохой проводник, или как принято говорить полупроводник. При этом следует заметить, что лишь в одном грамме германия содержится 10^22 (десять тысяч миллиардов миллиардов) атомов, что позволяет «получить» около двух тысяч миллиардов свободных электронов. Кажется, что достаточно для того, чтобы пропустить большой электрический ток. Чтобы разобраться с этим вопросом, достаточно вспомнить, что такое ток силой в 1 A.

Току в 1 A соответствует прохождение через проводник за одну секунду электрического заряда в 1 Кулон, или 6*10^18 (шесть миллиардов миллиардов) электронов в секунду. На этом фоне две тысячи миллиардов свободных электронов, да еще разбросанных по огромному кристаллу, вряд ли могут обеспечить прохождение больших токов. Хотя, благодаря тепловому движению, небольшая проводимость у германия существует. Это так называемая собственная проводимость.

Электронная и дырочная проводимость

При повышении температуры электронам сообщается дополнительная энергия, их тепловые колебания становятся более энергичными, в результате чего некоторым электронам удается оторваться от своих атомов. Эти электроны становятся свободными и при отсутствии внешнего электрического поля совершают хаотические движения, перемещаются в свободном пространстве.

Атомы, потерявшие электроны, беспорядочных движений совершать не могут, а только слегка колеблются относительно своего нормального положения в кристаллической решетке. Такие атомы, потерявшие электроны, называется положительными ионами. Можно считать, что на месте электронов, вырванных из своих атомов, получаются свободные места, которые принято называть дырками.

В целом количество электронов и дырок одинаково, поэтому дырка может захватить электрон, оказавшийся поблизости. В результате атом из положительного иона вновь становится нейтральным. Процесс соединения электронов с дырками называется рекомбинацией.

С такой же частотой происходит и отрыв электронов от атомов, поэтому в среднем количество электронов и дырок для конкретного полупроводника равно, является величиной постоянной и зависимой от внешних условий, прежде всего температуры.

Если к кристаллу полупроводника приложить напряжение, то движение электронов станет упорядоченным, через кристалл потечет ток, обусловленный его электронной и дырочной проводимостью. Эта проводимость называется собственной, о ней уже было упомянуто чуть выше.

Но полупроводники в чистом виде, обладающие электронной и дырочной проводимостью, для изготовления диодов, транзисторов и прочих деталей непригодны, поскольку основой этих приборов является p-n (читается «пэ-эн») переход.

Чтобы получить такой переход, необходимы полупроводники двух видов, двух типов проводимости (p — positive — положительный, дырочный) и (n — negative — отрицательный, электронный). Такие типы полупроводников получаются путем легирования, добавления примесей в чистые кристаллы германия или кремния.

Хотя количество примесей очень мало, их присутствие в немалой степени изменяет свойства полупроводника, позволяет получить полупроводники разной проводимости. Об этом будет рассказано в следующей части статьи.

Чем отличаются проводники от полупроводников. Отличия металлов от полупроводников и диэлектриков

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.

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.

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.

В чем отличие проводников от полупроводников и изоляторов?

Проводники способны пропускать через себя эллектричество без каких -либо препятствий. Полупроводники имеют одностороннюю проводимость тока. Изоляторы — это материалы, которые лишены способности проводить электиричество через себя. Самым известным изолятором является резина. Не случайно, люди работающие с высоким напряжением работат в специальных перчатках и обуви, из резины, либо содержащих резину в составе.

Проводники отлично проводят электрический ток и почти 100% — но это металлы. Полупроводники проводят электрический ток только в одном направлении и представляют из себя чаще всего редкоземельные химические элементы или из сплавы. Изоляторы же включают в свой «ассортимент» самые различные минералы, керамику и пластик и имеют огромное, в десятки мегаОм, сопротивление и почти не проводят электричество.

Вы можете войти или зарегистрироваться, чтобы добавить ответ и получить бонус.

Чем Отличаются Полупроводники от Проводников и Диэлектриков Определение проводников

Полупроводники отличаются от металлов механизмом электрического тока.

Отличия полупроводников от металлов и диэлектриков [c.243]

Важнейшее отличие металлов от полупроводников и диэлектриков. Электронная и дырочная проводимость. [c.231]

Иначе говоря, полупроводники и диэлектрики отличаются от металлов тем, что валентная зона у них заполнена электронами, а ближайшая свободная зона (зона проводимости) отделена от валентной зоной запрещенных состояний. При этом ширина запрещенной зоны у полупроводников от десятых долей до 3 эВ, а у диэлектриков от 3 до 5 эВ (рис, 72). [c.265]

С позиций зонной теории, отличие металлов от полупроводников и диэлектриков в случае полностью заполненной валентной [c.49]

Все вещества по электропроводности можно разделить на три класса металлы, полупроводники, изоляторы (диэлектрики). Удельная электропроводность у металлов 6,3-10 -i- 4-10 сим м, у полупроводников 10 10 спм м, у диэлектриков 10 -i—i- 10 сим м. Таким образом, к полупроводникам относят вещества, электропроводность которых отличается между собой на много порядков. [c.265]

У поглощающих сред коэффициент поглощения k существенно отличается от нуля, и в формулах (XII.1) показатель преломления становится комплексным [см. формулу (1.7)]. В видимой области спектра величина k колеблется у диэлектриков и полупроводников в пределах 10 -i-l, а у металлов—14-10. Выражения для коэффициентов отражения сильно усложняются и принимают вид [c.217]

Дискретным уровням атома в твердом теле соответствует всегда дискретная система разрешенных зон, разделенных запрещенными зонами. Если электроны образуют в атомах или моле1 Смотреть страницы где упоминается термин Отличие полупроводников от металлов и диэлектриков: [c.472] [c.472] [c.158] [c.418] [c.237] [c.237] [c.104] [c.591] Смотреть главы в:

Особенности зонной структуры диэлектриков, полупроводников и металлов

Чем отличаются полупроводники от металлов и диэлектриков по электрическим свойствам?

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.

Проводниками также называют части электрических цепей — соединительные провода и шины.

Проводники

В проводнике отсутствуют запрещенные зоны между валентной и проводящей зонами. В некоторых металлах зоны проводимости и валентности частично перекрываются. Это означает, что электроны могут свободно перемещаться между валентной зоной и зоной проводимости.

Зона проводимости заполнена только частично. Это означает, что есть места для перемещения электронов. Когда электроны для валентной зоны движутся в зону проводимости, они могут свободно двигаться. Это позволяет проводнику проводить электрический ток.

Зоны в проводниках

Чем полупроводники отличаются от металлов. Свойства полупроводников.

1. Обзор и основные отличия
2. Зонная теория проводимости
3. Проводники
4. Изоляторы
5. Полупроводники
6. В чем разница между Проводником, Полупроводником и Изолятором
7. Заключение

Изоляторы

Зоны в изоляторах

Зоны в полупроводниках

Разница между изоляторами и полупроводниками обусловлена ​​небольшим количеством примесей, добавляемых в полупроводник, что влияет на энергетические зоны. Этот процесс называется легированием.

Элементы, которые используются в качестве полупроводников, такие как кремний и германий, имеют четыре электрона на внешней оболочке. Это означает, что они могут образовывать четыре связи с другими одинаковыми атомами. В кристалле чистого кремния каждый атом кремния окружен четырьмя другими атомами кремния. В этом состоянии кремний не будет проводить.

Чистый кремний может быть легирован незначительными количествами примесей путем диффузии примесей в виде газа в жидкий полупроводник до его кристаллизации.

Эта примесь заставляет материал проводить и называется полупроводник n-типа. n-тип относится к отрицательному заряду дополнительного электрона.

Если примесный элемент с тремя электронами внешней оболочки, такой как индий, добавляется в кремний в одинаковых малых количествах, примесные атомы будут вписываться в кристаллическую структуру, но при этом пропадет один электрон. Это легирование дает больше места для электронов выше валентной зоны. Это увеличивает проводимость материала.

Эта примесь заставляет материал проводить и называется полупроводник p-типа. р-тип относится к небольшому положительному заряду зазора, вызванному отсутствием электрона.

Полупроводники n-типа и p-типа не имеют общего электрического заряда. Протоны в примесных атомах уравновешивают любое увеличение или уменьшение числа электронов в легированном полупроводнике.

Сравнительная характеристика проводников, полупроводников и диэлектриков

Усвоение новых знаний / Комбинированный / Систематизация и обобщение знаний / Контроль знаний.

1) Учебная: Формировать у студентов умения и навыки классифицировать, различать вещества по химическим и физическим свойствам, объединять величины в определенные группы, выявлять аналогию в происходящих процессах.

2) Воспитательная: Расширять представления студентов о множестве веществ, способных проводить электрический ток при определенных условиях и не проводящих ток ни при каких условиях.

3) Развивающая: Совершенствовать навыки применения формул и закономерностей для вычисления физических величин.

А. Наглядные пособия: мультимедийный материал, слайд – таблица «Сравнительная характеристика проводников, полупроводников и диэлектриков.

В. Технические средства обучения: проводники, полупроводниковые приборы, диэлектрические вещества.

Д. Литература: а) основная: Основные источники: 1. Физика. 10 класс/ Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н. Сотский : Под. ред. В.И Николаев, И.А. Парфентьева – М.: Просвещение, 2012

б) дополнительная: : 1. Сборник задач и вопросов под ред. Гладковой.

2. Физика и астрономия: Учебник. А.А.Пинский, В.Г. Разумовский, Н.К.Гладышева-М.: Просвещение, 2007

3. Физика. Задачник. 10-11 кл. : пособие для общеобразовательных учреждений / А.П. Рымкевич. – М.:Дрофа, 2008

Организационный момент. Проверка отсутствующих. Проверка готовности аудитории к занятию.

Студенты проходят тестирование по пройденной теме в соответствие с полученным вариантом.

1. Студенты работают с подготовленной таблицей (перечерчивают в рабочие тетради)

Сравнительная характеристика проводников, полупроводников и диэлектриков.

Проводят электрический ток при определенных условиях.

Не проводят электрический ток ни при каких условиях

2. Собственные полупроводники – это химически чистые полупроводники (типичные и наиболее часто используемые в технике химически чистые германий и кремний). Их проводимость называют собственной.

Кристаллы чистых полупроводников имеют решетку типа решетки алмаза, в которой четыре валентных электрона каждого атома связаны с такими же электронами соседних атомов химическими парноэлектронными связями. (ковалентная связь).