Diferencia entre aislante y semiconductor

: 27 de enero de 2022

Todos los días utilizamos aisladores desde mangos hasta revestimiento de tuberías subterráneas. Por otro lado, los materiales semiconductores se utilizan principalmente en dispositivos electrónicos y tienen un gran uso en nuestras industrias electrónicas.

Insulador vs Semiconductor

La principal diferencia entre aisladores y semiconductores es que la tasa de conductividad difiere en ellos. Existe una gran brecha entre la banda de cenefa y la banda de conducción en el aislante que evita que los electrones libres conduzcan electricidad. Por otro lado, los semiconductores tienen menos espacio de banda en comparación con los aisladores que pueden ser superados por electrones de alta energía.

Los aisladores son conductores pobres de calor y electricidad. Su resistencia es muy alta debido a que la electricidad no puede pasar a través de ellos. Se utilizan principalmente en cables de conducción aislantes. Forman una barrera entre dos cuerpos conductores para evitar cortocircuitos y accidentes. Algunos materiales aislantes comunes son papel, madera, plásticos de caucho, etc.

Los semiconductores tienen un nivel de conductividad moderado. Su resistencia a la electricidad puede variar agregando impurezas. Este proceso se llama dopaje. Una pequeña cantidad de impureza adicional puede conducir a una gran diferencia en la conducción. Los semiconductores pueden ser puros, como el germanio y el silicio, o pueden ser compuestos como el arseniuro de galio o el seleniuro de cadmio.

Tabla de comparación entre aislante y semiconductor

Parámetros de comparación Insulador/mPortadores de carga mayoritaria Sin conducción debido a la ausencia de portadores Movimiento de electrones y agujeros No. de electrones de valencia Su caparazón de valencia está completo, es decir. 8 electrones Tienen 4 electrones de valencia en la carcasa más externa, etcSilicio, germanio, arseniuro de galio Aplicaciones Electrodomésticos, recubrimiento de cables, etc. Circuitos integrados, diodos, resistencias, etc.

¿Qué es el aislante?

Un material que es un conductor de calor o electricidad muy pobre se llama aislante. Su nivel de conductancia es muy bajo. La conducción es propiedad del flujo fácil de corriente que los transporta. Los aisladores tienen una banda de valencia completa de 8 electrones en ellos. Como resultado, hay una ausencia de transportistas gratuitos para conducir electricidad.

Según la teoría de la banda, hay un gran grupo de 6eV a 10eV que no permite que los electrones salten de la banda de valencia a la banda de conducción. Tienen una banda de valencia llena y una banda de conducción vacía. Tienen una resistencia muy alta por lo que ninguna corriente puede pasar a través de ellos. En el aumento de la temperatura, disminuye la resistividad de un aislante. La temperatura conduce a la pérdida de los enlaces covalentes presentes en ellos y aumenta el número de operadores en ellos.

A temperatura cero absoluta, aumenta la resistencia del aislante. Existen muchos tipos de aisladores, como aisladores de sonido, aisladores térmicos y aisladores eléctricos, según el campo del uso del material. Los aisladores de pin son los primeros aisladores utilizados. El vacío también es un aislante. Esto se debe al hecho de la ausencia de transportistas allí. Algunos ejemplos de aisladores son caucho, plástico, etc.

¿Qué es Semiconductor?

Un material cuyo nivel de conductancia es intermedio entre el conductor y el aislante se conoce como semiconductor. El nivel de conductancia puede modificarse agregando una pequeña cantidad de impurezas al cristal semiconductor. Existen cristales semiconductores puros como el silicio o el germanio, así como semiconductores compuestos como el arseniuro de galio o el seleniuro de cadmio.

Existen principalmente dos tipos de semiconductores que tienen grandes aplicaciones en las industrias electrónicas modernas. Son semiconductores intrínsecos ( Si y Ge ) y semiconductores extrínsecos ( tipo n y tipo p ). El semiconductor extrínseco de tipo n se forma agregando elementos del grupo III en Si o Ge puro. Estas impurezas se llaman donantes. El semiconductor extrínseco tipo p se forma agregando elementos del grupo V en Si o Ge puro. Estas impurezas se conocen como aceptadores.

Tienen ambos tipos de transportadores que son electricidad, es conducida tanto por agujeros como por electrones. Su conductancia es de entre 10-7 y 10-13 mho / m. Tienen un espacio moderado en la banda de energía cubierto por electrones para pasar a la banda de conducción. Su banda de valencia está parcialmente llena de 4 electrones. Tienen un tipo de unión covalente.

A temperatura cero absoluta, pierden su propiedad de conductancia y se convierten completamente en aisladores. Son muy compactos, tienen una aplicación de larga duración y un bajo costo que los hace muy exigidos en las tecnologías modernas. Los semiconductores están teniendo una gran aplicación para hacer diodos, transistores MOSFET, etc.

Diferencias principales entre aislante y semiconductor

1. La diferencia clave entre aisladores y semiconductores es su rango de conductividad. La conductancia del aislante es de 10-13 mho / m, mientras que los semiconductores tienen conductancia entre 10-7 y 10-13 mho / m.
2. Tienen un espacio de banda de energía diferente, es decir, para semiconductores es 1.2eV y para aisladores, es 10eV.
3. Los aisladores no tienen ningún portador en ellos, por lo que no hay conductividad en ellos y, por otro lado, los semiconductores tienen electrones y agujeros para conducir.
4. A temperatura cero absoluta, la resistencia al aislante aumenta mientras que el semiconductor pierde por completo su conductancia y se comporta como un aislante
5. Los aisladores solo tienen unión covalente, mientras que los semiconductores tienen unión iónica y covalente en ellos.
6. Los aisladores tienen una capa de valencia completa y los semiconductores tienen una capa de valencia parcialmente llena con 4 electrones.
7. Los aisladores tienen una resistencia muy alta que no permite que la electricidad o el calor fluyan a través de ellos, pero los semiconductores tienen una resistencia moderada que permite que el flujo fluya a la corriente pero a veces lo bloquea.

Síntesis

Ambos aisladores y semiconductores tienen un gran impacto en nuestra vida diaria. Su diferencia en las propiedades los hace útiles en diferentes campos de la vida. Los aisladores se utilizan para romper el flujo de calor, electricidad o sonido de su flujo normal en conducción. Los semiconductores son bajos y compactos y útiles para fabricar elementos de circuito pequeño y también tienen una larga vida útil.

Referencia

1. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b04187?casa_token=Udhvcpd5v4QAAAAA:JLS2H_D2xAnvWgO3b373dzQ-8TOgwXYYyKu5bszsg0-5cJpD0ZAw4JzzkdJFcCTr8JNYJym4qmUROCFQ
2. https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.27.7509

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