Chất cách điện được sử dụng hàng ngày bởi tất cả chúng ta, bắt đầu từ ống xử lý đến lớp phủ đường ống ngầm. Mặt khác, vật liệu bán dẫn được sử dụng chủ yếu trong các thiết bị điện tử và có công dụng lớn trong các ngành công nghiệp điện tử của chúng ta.
Chất cách điện vs Chất bán dẫn
Sự khác biệt giữa chất cách điện và chất bán dẫn là tốc độ dẫn điện ở chúng khác nhau. Có một khoảng trống rất lớn giữa vùng hóa trị và vùng dẫn trong chất cách điện, ngăn cản các electron tự do dẫn điện. Mặt khác, chất bán dẫn có dải tần ít hơn so với chất cách điện có thể bị vượt qua bởi các điện tử năng lượng cao.
Chất cách điện là chất dẫn nhiệt và dẫn điện kém. Điện trở của chúng rất cao do đó dòng điện không thể đi qua chúng. Chúng được sử dụng chủ yếu trong dây dẫn cách điện. Chúng tạo thành một rào cản giữa hai cơ quan dẫn điện để ngăn ngừa hiện tượng đoản mạch và tai nạn. Một số vật liệu cách điện phổ biến là giấy, gỗ, nhựa cao su, v.v.
Chất bán dẫn có mức độ dẫn điện vừa phải. Khả năng chống lại điện của chúng có thể thay đổi bằng cách thêm các tạp chất trong đó. Quá trình này được gọi là doping. Một lượng nhỏ tạp chất được thêm vào có thể dẫn đến sự khác biệt rất lớn về độ dẫn truyền. Các chất bán dẫn có thể tinh khiết như gecmani và silic hoặc có thể là các hợp chất như arsenide gali hoặc cadmium selenua.
Bảng so sánh giữa chất cách điện và chất bán dẫn
| Các thông số so sánh | Chất cách điện | Chất bán dẫn |
| Độ dẫn nhiệt | < 10 -13 mho / m | Giữa 10 -7 đến 10 -13 mho / m |
| Đa số các nhà cung cấp dịch vụ tính phí | Không dẫn điện do không có chất mang | Chuyển động của các electron và lỗ trống |
| Số electron hóa trị | Vỏ hóa trị của chúng là hoàn chỉnh, tức là có 8 điện tử | Chúng có 4 electron hóa trị ở lớp vỏ ngoài cùng |
| Khoảng cách ban nhạc | Có một dải tần lớn 6eV -10eV | Có một bandgap 1,1eV |
| dải hóa trị | Điền | Trống một phần |
| Dải dẫn | Trống | Một phần đầy |
| Không tuyệt đối | Sức đề kháng tăng lên | Biến thành chất cách điện |
| Điện trở suất | Cao | Vừa phải |
| Thí dụ | Cao su, nhựa, giấy, v.v. | Silic, gecmani, arsenua gali |
| Các ứng dụng | Thiết bị gia dụng, lớp phủ của dây cáp, v.v. | Mạch tích hợp, điốt, điện trở, v.v. |
Insulator là gì?
Vật liệu dẫn nhiệt hoặc dẫn điện rất kém được gọi là chất cách điện. Mức độ dẫn điện của nó rất thấp. Tính dẫn điện là tính chất của dòng điện dễ dàng mang qua chúng. Chất cách điện có vùng hóa trị hoàn chỉnh gồm 8 electron trong chúng. Kết quả là không có hạt tải điện tự do để dẫn điện.
Theo lý thuyết vùng, có một vùng rộng lớn từ 6eV đến 10eV không cho phép các điện tử nhảy từ vùng hóa trị sang vùng dẫn. Chúng có vùng hóa trị được lấp đầy và vùng dẫn trống. Chúng có điện trở rất cao vì không có dòng điện nào có thể chạy qua chúng. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất của chất cách điện giảm. Nhiệt độ dẫn đến mất liên kết cộng hóa trị có trong chúng và làm tăng số lượng hạt tải điện trong chúng.
Ở nhiệt độ không tuyệt đối, điện trở của chất cách điện tăng lên. Có nhiều loại chất cách điện như chất cách âm, chất cách nhiệt và chất cách điện tùy thuộc vào lĩnh vực sử dụng vật liệu. Chất cách điện ghim là chất cách điện đầu tiên được sử dụng. Chân không cũng là một chất cách điện. Điều này là do thực tế là không có người vận chuyển ở đó. Một số ví dụ về chất cách điện là cao su, nhựa, v.v.
Bán dẫn là gì?
Vật liệu có mức độ dẫn điện là trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện được gọi là chất bán dẫn. Mức độ dẫn điện có thể được thay đổi bằng cách thêm một lượng nhỏ tạp chất vào tinh thể bán dẫn. Có các tinh thể bán dẫn tinh khiết như silicon hoặc gecmani cũng như các chất bán dẫn hợp chất như arsenide gali hoặc cadmium selenua.
Chủ yếu có hai loại chất bán dẫn có ứng dụng rất lớn trong các ngành công nghiệp điện tử hiện đại. Chúng là chất bán dẫn bên trong (Si và Ge) và chất bán dẫn bên ngoài (loại n và loại p). Chất bán dẫn ngoại lai loại n được tạo thành bằng cách thêm các nguyên tố nhóm III ở dạng Si hoặc Ge nguyên chất. Những tạp chất này được gọi là chất cho. Chất bán dẫn ngoại lai loại p được tạo thành bằng cách thêm các nguyên tố nhóm V ở dạng Si hoặc Ge nguyên chất. Những tạp chất này được gọi là chất chấp nhận.
Chúng có cả hai loại hạt tải điện trong đó là điện được dẫn bởi cả lỗ trống và electron. Độ dẫn của chúng là từ 10-7 đến 10-13 mho / m. Chúng có một vùng cấm năng lượng vừa phải được bao phủ bởi các điện tử để di chuyển đến vùng dẫn. Vùng hóa trị của chúng được lấp đầy một phần bởi 4 electron. Chúng có kiểu liên kết cộng hóa trị.
Ở nhiệt độ không tuyệt đối, chúng mất tính chất dẫn điện và hoàn toàn biến thành chất cách điện. Chúng rất nhỏ gọn, có ứng dụng lâu dài và chi phí thấp khiến chúng rất được yêu cầu trong các công nghệ hiện đại. Các chất bán dẫn đang có một ứng dụng to lớn trong việc chế tạo điốt, bóng bán dẫn MOSFET, v.v.
Sự khác biệt chính giữa chất cách điện và chất bán dẫn
Sự kết luận
Cả chất cách điện và chất bán dẫn đều có ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Sự khác biệt về đặc tính của chúng khiến chúng trở nên hữu ích trong các lĩnh vực khác nhau của cuộc sống. Chất cách điện được sử dụng để phá vỡ dòng nhiệt, điện hoặc âm thanh khỏi dòng thông thường của nó trong quá trình dẫn điện. Chất bán dẫn thấp và nhỏ gọn và hữu ích để chế tạo các phần tử mạch nhỏ và cũng có tuổi thọ làm việc lâu dài.
