تفاوت اصلی بین نیمه هادی هادی و عایق در این است که هادی ها رسانایی الکتریکی بالایی دارند و نیمه هادی ها رسانایی متوسط را نشان می دهند، در حالی که عایق ها رسانایی ناچیز دارند.
هادی ها، نیمه هادی ها و عایق ها سه دسته هستند که می توانیم هر ماده ای را بسته به رسانایی الکتریکی به آنها دسته بندی کنیم.
هادی چیست؟
هادی یا هادی الکتریکی جسمی در مهندسی برق است که در آن جریان بار در یک یا چند جهت مجاز است. به عبارت دیگر، مواد هادی می توانند جریان الکتریکی را از طریق خود هدایت کنند.رایج ترین هادی های الکتریکی فلزات و اجسام فلزی هستند. در این مواد، جریان های الکتریکی از طریق جریان الکترون های با بار منفی، سوراخ هایی با بار مثبت و گاهی اوقات به دلیل وجود یون های مثبت و منفی ایجاد می شود.
مهمتر از آن، زمانی که جریان الکتریکی از یک هادی عبور می کند، لازم نیست یک ذره باردار از محلی که در آن جریان تولید می شود به محلی که جریان مصرف می شود حرکت کند. در اینجا، ذرات باردار تمایل دارند همسایه خود را به مقدار محدودی از انرژی هدایت کنند، و این به عنوان یک واکنش زنجیره ای بین ذرات همسایه رخ می دهد که در آن ذرات در انتهای زنجیره، نیرو را به جسم مصرف کننده هدایت می کنند. بنابراین، ما می توانیم انتقال حرکت زنجیره بلند بین حامل های شارژ موبایل را مشاهده کنیم.
شکل 01: رسانای الکتریکی
هنگام در نظر گرفتن دو واقعیت مهم در مورد مقاومت و رسانایی در مورد یک هادی، مقاومت به ترکیب ماده و ابعاد آن بستگی دارد، در حالی که رسانایی به مقاومت بستگی دارد. علاوه بر این، دمای هادی نیز تأثیر زیادی در این امر دارد. نه تنها فلزات، بلکه می توانند اشکال دیگری از رسانا نیز وجود داشته باشند که شامل الکترولیت ها، نیمه هادی ها، ابررساناها، حالت های پلاسما و برخی هادی های غیرفلزی از جمله گرافیت می شود.
نیمه هادی چیست؟
نیمه هادی ها موادی هستند که دارای مقدار رسانایی الکتریکی هستند که بین رسانایی هادی ها و عایق ها قرار می گیرد. مهمتر از آن، مقاومت این مواد با افزایش دما کاهش می یابد. علاوه بر این، ما می‌توانیم رسانایی نیمه‌هادی‌ها را با وارد کردن ناخالصی‌ها (این فرآیند «دوپینگ» نامیده می‌شود) به ساختار کریستالی مواد تغییر دهیم.بنابراین، ما می توانیم از این مواد برای کاربردهای مختلف و با اهمیت زیادی استفاده کنیم.
دو ناحیه با ساختارهای دوپ شده متفاوت که در یک ساختار بلوری وجود دارند، یک اتصال نیمه هادی ایجاد می کنند. این اتصالات به عنوان مبنایی برای رفتار حامل‌های بار در دیودها، ترانزیستورها و سایر وسایل الکترونیکی مدرن عمل می‌کنند.
برخی از نمونه های رایج مواد نیمه هادی عبارتند از سیلیکون، ژرمانیوم، آرسنید گالیم و عناصر متالوئید. رایج ترین موادی که برای تشکیل نیمه هادی ها استفاده می شود شامل دیودهای لیزر، سلول های خورشیدی است. مدارهای مجتمع فرکانس مایکروویو و غیره سیلیکون و ژرمانیوم هستند.
شکل 02: نیمه هادی – سیلیکون
پس از فرآیند دوپینگ، تعداد حامل های بار در ساختار کریستالی به سرعت افزایش می یابد.می تواند حفره های آزاد یا الکترون های آزاد در نیمه هادی وجود داشته باشد که به هدایت کمک می کند. اگر ماده دارای حفره های آزاد بیشتری باشد، آن را نیمه هادی «نوع p» می نامیم و اگر الکترون های آزاد وجود داشته باشد، به «نوع n» تعلق دارد. در طول فرآیند دوپینگ، ما می توانیم موادی مانند عناصر شیمیایی پنج ظرفیتی، از جمله آنتیموان، فسفر، یا آرسنیک، یا اتم های سه ظرفیتی مانند بور، گالیم و ایندیم را اضافه کنیم. علاوه بر این، ما می توانیم رسانایی نیمه هادی ها را با افزایش دما نیز افزایش دهیم.
عایق چیست؟
عایق ها موادی هستند که نمی توانند جریان الکتریکی آزاد را حمل کنند. این به این دلیل است که اتم های این نوع مواد دارای الکترون هایی هستند که محکم به اتم ها متصل هستند و نمی توانند به راحتی حرکت کنند. با در نظر گرفتن خاصیت مقاومت، مقاومت در مقایسه با رساناها و نیمه هادی ها بسیار بالا است. نافلزات رایج ترین نمونه های عایق ها هستند.
با این حال، هیچ عایق کاملی وجود ندارد، زیرا آنها حاوی تعداد کمی بارهای متحرک هستند که می توانند جریان الکتریکی را حمل کنند.علاوه بر این، همه عایق ها زمانی که ولتاژ کافی به مواد اعمال می شود، رسانای الکتریکی می شوند که می تواند الکترون ها را از اتم ها جدا کند. این ولتاژ شکست عایق است.
کاربردهای مختلفی از عایق ها وجود دارد، از جمله تولید تجهیزات الکتریکی برای پشتیبانی و جداسازی هادی های الکتریکی بدون اینکه جریان از خود عبور کند. علاوه بر این، یک پوشش انعطاف پذیر عایق معمولاً برای سیم ها و کابل های برق برای ساخت سیم های عایق استفاده می شود. این به این دلیل است که سیم‌هایی که می‌توانند یکدیگر را لمس کنند، اتصال متقاطع، اتصال کوتاه و همچنین خطر آتش‌سوزی ایجاد می‌کنند.
تفاوت بین نیمه هادی و عایق چیست؟
هادی ها، نیمه هادی ها و عایق ها سه دسته هستند که می توانیم هر ماده ای را بسته به رسانایی الکتریکی به آنها دسته بندی کنیم. تفاوت اصلی بین نیمه هادی هادی و عایق در این است که هادی ها رسانایی الکتریکی بالا و نیمه هادی ها رسانایی متوسط را نشان می دهند، در حالی که عایق ها رسانایی ناچیز را نشان می دهند.
جدول زیر تفاوت های بین نیمه هادی و عایق را برای مقایسه کنار هم فهرست می کند.
خلاصه - هادی در مقابل نیمه هادی در مقابل عایق
هادی ها، نیمه هادی ها و عایق ها سه دسته هستند که می توانیم هر ماده ای را بسته به رسانایی الکتریکی به آنها دسته بندی کنیم. تفاوت اصلی بین نیمه هادی هادی و عایق در این است که هادی ها رسانایی الکتریکی بالایی دارند و نیمه هادی ها رسانایی متوسط را نشان می دهند، در حالی که عایق ها رسانایی ناچیز دارند.
