Тверді тіла - це метали, напівпровідники та діелектрики. Вони відрізняються один від одного за своїми електронними властивостями. Електропровідність твердих тіл визначається властивостями електронів. Напівпровідники відносяться до металів, до твердих тіл. До них належать германій, кремній, миш'як та ін, а також різні сплави та хімічні сполуки. Метали - Це тверді тіла, які мають певну структуру. Напівпровідники відрізняються від металів механізмом електричного струму. Розглянемо, як виникає електричний струм у напівпровідниках. У атомів германію на зовнішній оболонці знаходяться чотири слабо пов'язані валентні електрони. У кристалічній решітці біля кожного атома знаходяться ще чотири. Атоми у кристалі напівпровідника пов'язані парами валентних електронів. Кожен валентний електрон належить двом атомам. Якщо відбувається підвищення температури, якась частина валентних електронів отримає енергію, яка є достатньою для розриву ковалентних зв'язків. У кристалі з'являться вільні електрони, які називаються електронами провідності. Одночасно на місці електронів, що пішли, утворюються вакансії, дірки. Вакантне місце можуть зайняти валентні електрони сусідньої пари, тоді дірка буде на новому місці в кристалі. При певній температурі у напівпровіднику існує певна кількість електронно-діркових пар. Вільний електрон, зустрічаючись із діркою, відновлює електронний зв'язок. Дірки схожі на позитивно заряджені частинки. Якщо електричного поля немає, дірки та електрони провідності рухаються хаотично.Якщо напівпровідник помістимо в електричне поле, то дірки та вільні електрони почнуть рухатися впорядковано. Тому струм у напівпровіднику складається з електронного та діркового струмів. Кількість носіїв вільного заряду змінюється, не залишається постійною і залежить від температури. При її збільшенні опір напівпровідників зростає. Метали мають кристалічну структуру. Вони складаються з молекул та атомів, які займають певне, впорядковане становище. Метал представляється у вигляді кристалічної решітки, у вузлах якої знаходяться атоми, або іони, або молекули, що коливаються біля свого розташування. Між ними у просторі знаходяться вільні електрони, які хаотично рухаються у різних напрямках. Але з появою електричного поля вони починають рухатися впорядковано убік позитивного полюса, у металах утворюється електричний струм. Кількість електронів стала. При зниженні температури швидкість руху електронів уповільнюється, опір металів падає. Взагалі, струм може бути скрізь, крім вакууму. І всі тверді тіла проводять струм, і всі вони в широкому значенні є "провідниками". Поділ же йде саме за величиною питомої провідності: 1. Ізолятори (діелектрики): σ=10^-22÷10^-10 1/(Ом*см).Ці речовини не екранують електричне поле, воно проникає усередину та викликає поляризацію. Діелектрики мають широку заборонену зону (електронам потрібна велика енергія, щоб "застрибнути" в зону провідності). Таких електронів (з достатньою енергією) мало: концентрація n=1÷10^5 см^-3 Провідники також ділять за провідністю на "просто" провідники, "хороші" провідники та надпровідники. В останніх провідність прагне нескінченності. Тепер Ви бачите, ці електричні властивості закладені в основу їх класифікації. Метали пропускають електричний струм в обох напрямках, напівпровідники-тільки в одному, діелектрики не пропускають взагалі. Діелектрики взагалі не проводять електричного струму. Напівпровідник - матеріал, електричні властивості якого сильно залежить від концентрації в ньому хімічних домішок і зовнішніх умов (температура, випромінювання та ін.). Напівпровідники – речовини, які за своєю питомою провідністю займають проміжне місце між провідниками та діелектриками та відрізняються від провідників сильною залежністю питомої провідності від концентрації домішок, температури та різних видів випромінювання. Напівпровідниками є речовини, ширина забороненої зони яких становить 0-6 електрон-вольта, наприклад, алмаз можна віднести до широкозонних напівпровідників, а InAs до вузькозонних. Залежно від того, чи дає домішка електрон або захоплює електрон, домішку називають донорною або акцепторною. Властивість домішки може змінюватися залежно від того, який атом кристалічних ґрат вона заміщає, в яку кристалографічну площину вбудовується. Діелектрик (ізолятор) - речовина, що погано проводить або зовсім не проводить електричний струм. Щільність вільних носіїв заряду в діелектриці не перевищує 108 шт/см3. Основна властивість діелектрика полягає у здатності електризуватися у зовнішньому електричному полі. До діелектриків відносяться повітря та інші гази, скло, різні смоли, пластмаси обов'язково сухі. Хімічно чиста вода також є діелектриком. Діелектрики використовуються не лише як ізоляційні матеріали. Ряд діелектриків виявляють цікаві фізичні властивості. До них відносяться електрети, п'єзоелектрики, піроелектрики, сегнетоеластики, сегнетоелектрики, релаксори та сегнетомагнетики. Провідник - речовина, яка проводить електричний струм.Серед найбільш поширених твердих провідників відомі метали, напівметали, і прикладом провідних рідин - електроліти. Деякі речовини за нормальних умов є ізоляторами при зовнішніх впливах можуть переходити в провідний стан, а саме провідність напівпровідників може сильно змінюватись при зміні температури, освітленості, легуванні тощо. Провідниками також називають частини електричних ланцюгів - з'єднувальні дроти та шини. Багато хімічних елементів є напівпровідниками та провідниками. У чому особливості тих та інших? Чим відрізняються напівпровідники від провідників? Під напівпровідниками розуміються хімічні елементи, які мають обмежену здатність передавати електричний струм. Це зумовлено невеликою кількістю вільних електронів, що формуються в їхній структурі при підключенні електродів. Типовими напівпровідниками вважаються такі хімічні елементи, як кремній, що відноситься, зокрема, до 4-ї групи речовин за періодичною системою Д. І. Менделєєва. На зовнішній оболонці кремнію розташовується 4 електрони, що класифікуються як валентні. До інших чистих напівпровідників можна віднести, наприклад, германій. Однією з головних характеристик напівпровідників є питомий опір. Воно може перебувати в інтервалі від 10 до 4 до 10 до мінус 5 ступеня Ом на метр. Для того щоб знизити питомий опір елементів, що розглядаються, до їх складу можуть бути включені легуючі домішки. Такі як, наприклад, бор та миш'як. Якщо легування напівпровідників здійснюється за допомогою елементів 3-ї групи за таблицею Менделєєва (зокрема, при використанні бору), напівпровідник буде класифікований як відноситься до p-типу. У елементів 3-ї групи в оболонці присутні 3 електрони. Це означає, що в структурі кристала легованого напівпровідника через недостатній електрон утворюються «дірки», які при підключенні струму починають рух у зворотному напрямку щодо позитивного контакту (до якого, у свою чергу, прагнуть електрони). Якщо легування напівпровідників здійснюється за допомогою елементів 5-ї групи (наприклад, при використанні миш'яку), то провідник ставитиметься до n-типу. У елементів 5 групи на зовнішній оболонці розташовується 5 електронів. Тому при легуванні напівпровідника частина з них звільняється, внаслідок чого елемент набуває провідності. Можна відзначити, що прикордонна область, що розташовується між напівпровідниками p-типу і n-типу, має властивість проводити струм тільки при підключенні електродів у певному положенні. Завдяки цій особливості функціонують різні електронні компоненти, у складі яких використовуються напівпровідникові речовини - діоди, транзистори. Ще одна примітна властивість аналізованих елементів - посилення провідності зі збільшенням температури. Під провідниками розуміються хімічні елементи, у яких є електрони, здатні відокремлюватися від одного ядра і переміщатися до іншого під час підключення струму. Як правило, це метали. Хорошими провідниками вважаються мідь, алюміній. Чим чистіший метал — тим більшою провідністю він має. Домішки знижують цю властивість.При нагріванні металів їх провідність знижується — тоді як напівпровідників, як ми зазначили вище, збільшується. Головна відмінність напівпровідників від провідників полягає в невеликій кількості утворених при підключенні струму вільних електронів у структурі перших (які, у свою чергу, з'являються у більшій кількості поряд з «дірками» при легуванні або в процесі нагрівання) і високому рівні електричного опору відповідних елементів.А ось провідники мають багато вільних електронів і характеризуються невисоким опором. При нагріванні перших елементів їх опір знижується, при тепловому впливі на провідники збільшується. Визначивши, у чому різниця між напівпровідниками та провідниками, зафіксуємо висновки у таблиці. Тверді тіла - це метали, напівпровідники та діелектрики. Вони відрізняються один від одного за своїми електронними властивостями. Електропровідність твердих тіл визначається властивостями електронів. Напівпровідники відносяться до металів, до твердих тіл. До них належать германій, кремній, миш'як та ін, а також різні сплави та хімічні сполуки. Метали – це тверді тіла, які мають певну структуру. Напівпровідники відрізняються від металів механізмом електричного струму. Розглянемо, як виникає електричний струм у напівпровідниках. У атомів германію на зовнішній оболонці знаходяться чотири слабо пов'язані валентні електрони. У кристалічній решітці біля кожного атома знаходяться ще чотири.Атоми у кристалі напівпровідника пов'язані парами валентних електронів. Кожен валентний електрон належить двом атомам. Якщо відбувається підвищення температури, якась частина валентних електронів отримає енергію, яка є достатньою для розриву ковалентних зв'язків. У кристалі з'являться вільні електрони, які називаються електронами провідності. Одночасно на місці електронів, що пішли, утворюються вакансії, дірки. Вакантне місце можуть зайняти валентні електрони сусідньої пари, тоді дірка буде на новому місці в кристалі. При певній температурі у напівпровіднику існує певна кількість електронно-діркових пар. Вільний електрон, зустрічаючись із діркою, відновлює електронний зв'язок. Дірки схожі на позитивно заряджені частинки. Якщо електричного поля немає, дірки та електрони провідності рухаються хаотично. Якщо напівпровідник помістимо в електричне поле, то дірки та вільні електрони почнуть рухатися впорядковано. Тому струм у напівпровіднику складається з електронного та діркового струмів. Кількість носіїв вільного заряду змінюється, не залишається постійною і залежить від температури. При її збільшенні опір напівпровідників зростає. Метали мають кристалічну структуру. Вони складаються з молекул та атомів, які займають певне, впорядковане становище. Метал представляється у вигляді кристалічної решітки, у вузлах якої знаходяться атоми, або іони, або молекули, що коливаються біля свого розташування. Між ними у просторі знаходяться вільні електрони, які хаотично рухаються у різних напрямках. Але з появою електричного поля вони починають рухатися впорядковано убік позитивного полюса, у металах утворюється електричний струм.Кількість електронів стала. При зниженні температури швидкість руху електронів уповільнюється, опір металів падає. Електропровідність металів вище Ю Ом-см, діелектриків нижче 10 Ом-см-(при 298 К), провідність напівпровідників лежить між цими значеннями. Проте головна відмінність напівпровідників від металів полягає над кількісної оцінці електропровідності, а характері залежності провідності від температури (рис. 4.19). Температурна залежність провідності металів визначається часом вільного пробігу електронів. З підвищенням температури теплові коливання атомів у вузлах кристалічної решітки посилюються, що призводить до збільшення взаємодії їх з електронами та зниження провідності. [C.187] Відмінності напівпровідників від металів та діелектриків [c.243] Найважливіша відмінність металів від напівпровідників та діелектриків. Електронна та діркова провідність. [C.231] Як ілюстрацію того, як зовнішні фактори впливають на електричну провідність напівпровідників, наведемо такі дані. Селеновий напівпровідник при глибокому охолодженні стає ізолятором, його електрична провідність зменшується в мільярди разів (I млрд = Ю). Взагалі всі напівпровідники при температурах, близьких до 0° К, стають діелектриками. З підвищенням температури вони електрична провідність підвищується. Щодо цього напівпровідники відрізняються від металів, у яких електрична провідність при нагріванні знижується. [C.452] Інакше кажучи, напівпровідники та діелектрики відрізняються від металів тим, що валентна зона у них заповнена електронами, а найближча вільна зона (зона провідності) відокремлена від валентної зони заборонених станів. При цьому ширина забороненої зони напівпровідників від десятих часток до 3 еВ, а у діелектриків від 3 до 5 еВ (рис, 72). [C.265] При підвищенні температури провідність напівпровідників на відміну металів зазвичай зростає (див. 2). Електропровідність діелектриків також зростає. При температурі, близькій до абсолютного нуля, провідність напівпровідників та діелектриків практично нульова. За електричними властивостями напівпровідники стоять ближче до діелектриків, ніж до металів, від яких вони мають принципову якісну відмінність. [C.232] З позицій зонної теорії, відмінність металів від напівпровідників та діелектриків у разі повністю заповненої валентної [c.49] Пояснення електропровідності металів, напівпровідників та діелектриків дається на основі квантової теорії будови кристалічних тіл – так званої зонної теорії. Розглянемо деякі загальні положення цієї теорії. Перехід атомної пари в кристалічну речовину можна розглядати як хімічну реакцію, оскільки оптичні, термодинамічні, електрофізичні та інші властивості твердих тіл відрізняються від властивостей газів. Важливо, що атомні спектри газів мають лінійну будову, а спектри твердих тіл мають суцільний характер або смугасту, дуже складну структуру. Вже при взаємодії двох однакових атомів дискретні атомні енергетичні рівні розщеплюються та перетворюються на смуги.Тим більше розщеплення рівнів відбувається, коли велике число N атомів, наприклад, літію, зближується з далеких відстаней до відстаней, на яких вони знаходяться в кристалічній решітці. На рис. 70, а ця відстань між ядрами позначено на осі абсцис буквою про- По осі ординат відкладена енергія. Знаходячись на великих відстанях, атоми не взаємодіють один з одним, і діаграма рівнів буде такою самою, як і для ізольованого атома літію (1 25 ). При зближенні атомів почнеться взаємодія між ними, насамперед у кожного з них розщеплюватиметься рівень валентних електронів (2х). Рівень 2з) розщеплюється у систему дуже близько розташованих N рівнів, утворюючи цілу смугу (зону) рівнів. Глибокі рівні при утворенні кристала виявляються зовсім не розщепленими або лише трохи розщепленими. [C.233] Як зазначалося вище, у разі підвищення температури спостерігається падіння питомої електричної провідності металу. На противагу цьому провідність напівпровідників з підвищенням температури зростає (у діелектриків це виражено слабше). Електрична провідність напівпровідників на відміну від металів не зменшується, а збільшується у присутності невеликих кількостей домішок, за наявності дефектів у будові кристалічних грат, а також під дією світла та різноманітних випромінювань. [C.265] У загальному випадку величина а Т. т. залежить від механізму розсіювання носіїв заряду, яке може відбуватися на теплових коливаннях атомів (іонів), нейтральних і заряджених власностей. та домішкових точкових дефектах, лінійних, поверхневих та об'ємних дефектах кристаліч. грати. У разі металу має електронну природу і підпорядковується закону Ома. Для металів характерно зменшення а з т-рою.На відміну від металів у напівпровідників з підвищенням т-ри а збільшується внаслідок зростання концентрації своб. носіїв заряду. У діелектриках осн. носії заряду-іони, внаслідок чого супроводжується переносом в-ва. Електронна провідність діелектриків виникає лише за високих електрич. напругах, близьких до порогових та відповідних пробою. Як і напівпровідниках, про збільшується підвищенням т-ры. [C.502] На відміну від металів, у напівпровідників всі рівні у валентній зоні повністю заповнені і електропровідність може здійснюватися лише при переході електронів у збуджену зону (зону провідності). Для переходу електронів з енергетичних рівнів валентної зони до зони провідності має бути подолана заборонена зона, ширина якої може бути різною. Заборонена зона може бути настільки широка, що при кімнатних температурах додана ззовні теплова енергія або, наприклад, енергія освітлення виявиться недостатньою для переходу електронів у зону провідності у кількостях, що забезпечують електропровідність речовини у зазначених вище межах. Такі тверді тіла є діелектриками до них зазвичай відносять речовини, які мають ширину забороненої зони перевищує 2 ев. [C.62] Усі речовини з електропровідності можна поділити на три класи метали, напівпровідники, ізолятори (діелектрики). Питома електропровідність у металів 6,3-10 -i- 4-10 сім м, у напівпровідників 10 10 спм м, у діелектриків 10 -i-i- 10 сім м. Таким чином, до напівпровідників відносять речовини, електропровідність яких відрізняється між собою багато порядків. [C.265] Виникнення електрохімії напівпровідників як нового розділу теоретичної електрохімії обумовлено двома основними причинами.По-перше, багато електрохімічних процесів, що протікають на кордоні електрод - електроліт, здійснюються фактично на поверхні, що має напівпровідникові властивості, з усіма особливостями, властивими такого роду матеріалам. Провідність цих поверхневих шарів - оксидів металів, їх гідридів, інтерметалевих сполук тощо. п.— за своєю величиною лежить між провідністю металів та діелектриків. Вона чутлива до впровадження в основний шар слідів домішок та на противагу металам збільшується з температурою. Проходження струму через напівпровідники у випадку здійснюється електронами (п-проводимость) чи дірками, т.п. е. вакансіями, що залишилися після відходу електронів до іншої енергетичної зони (р-провідність). На відміну від металів, у напівпровідниках поблизу їхньої поверхні розділу з іншими фазами є широка область об'ємного заряду, що значно ускладнює картину подвійного електричного шару. З'ясування кінетики багатьох електрохімічних реакцій (процеси в хімічних джерелах струму, анодне розчинення металів тощо) стає тому неможливим без розробки електрохімії напівпровідників. По-друге, у самій технології отримання напівпровідникових матеріалів, що йдуть виготовлення радіотехнічних приладів, сонячних батарей тощо. п., важливу роль відіграють процеси, що є за своєю електрохімічними. До них відносяться, наприклад, анодне та звичайне травлення напівпровідників, осадження тонких шарів металу на поверхню напівпровідників та ін. [C.491] Усі тверді речовини з їхньої електричної провідності можна розділити на три типи провідники, діелектрики та напівпровідники. Метали проводять електричний струм дуже добре, діелектрики дуже погано.Діелектриками можуть бути ковалентні речовини, що складаються з невеликих молекул, наприклад, трійодид фосфору, для яких енергія, необхідна для відриву електрона від однієї молекули і передачі його іншій, занадто велика для практичних цілей. Діелектриками є майже всі іонні кристали, а також тверді речовини з безперервними ковалентними гратами, такі як кварц або алмаз (але на відміну від алмазу графіт — провідник). [C.140] У гол. 1 ми якісно розглянули природу сил, що зв'язують атоми та іони у твердих тілах, проте багато фізичних та хімічних властивостей твердих тіл можна зрозуміти тільки після більш глибокого вивчення електронної будови та природи сил зв'язку в твердому тілі. Одне з головних завдань будь-якої теорії твердого тіла полягає в тому, щоб пояснити, чому тверді тіла можуть належати настільки різним за властивостями класам, як діелектрики та метали (які електропровідності можуть відрізнятися в 10 разів). У перших теоріях твердого тіла розглядалася модель вільного електрона, згідно з якою валентні електрони можуть вільно рухатися по всьому об'єму твердого тіла. пояснити лише згодом із позицій квантової теорії. Ми розпочнемо з короткого знайомства з природою сил зв'язку в молекулах, а потім перейдемо до твердого тіла. [c.30] Існують три важливі структури транзисторів на гарячих електронах. Вони відрізняються у структурі емітера та механізмі інжекції гарячих електронів у метал бази.Це тунельно-емісійний транзистор, транзистор на емісії, обмеженої просторовим зарядом, та транзистор з емітером Шоттки. У разі електрони інжектуються в металеву базу через тонкий шар ізолятора. У другому випадку гарячі електрони інжектуються в діелектрик і потім метал бази. Потік електронів у разі визначається просторовим зарядом, що утворюється в діелектриці у инжектирующего контакту. У третьому випадку гарячі електрони інжектуються в металеву базу випрямляючим контактом метал напівпровідник. [C.72] У поглинаючих середовищ коефіцієнт поглинання k істотно відрізняється від нуля, і формулах (XII.1) показник заломлення стає комплексним [див. формулу (1.7)]. У видимій області спектра величина k коливається у діелектриків та напівпровідників у межах 10 -i-l, а у металів-14-10. Вирази для коефіцієнтів відображення сильно ускладнюються і набувають вигляду [c.217] У діелектриків концентрація електронів провідності при кімнатній температурі набагато порядків нижче, ніж в металів. І хоча з температурою концентрація, а з нею і електропровідність, швидко зростає, абсолютні значення останньої в області помірно високих температур ще дуже малі. Діелектрики швидше придатні у цих інтервалах температур до ролі пасивних елементів схем на відміну напівпровідників, з яких створюються активні елементи. [C.13] Електронна провідність пов'язана з утворенням електронів у полімерах при іонізації макромолекул, яка може бути викликана нагріванням, радіаційним або світловим впливом. Присутність пігментів та інших неорганічних речовин у покритті сприяє електронній провідності. Електронна провідність плівок кристалічних полімерів вища, ніж аморфна, іонна — навпаки.Особливо високою електронною провідністю відрізняються полімери-напівпровідники, а також композиції з вуглецевими і металевими наповнювачами (сажею, графітом, порошками металів). /м. Електрична провідність більшості лакофарбових покриттів знаходиться на рівні електричної провідності полімерів та становить 10 -10 См/м. Не вдаючись у подробиці будови зон, підкреслимо, що напівпровідники та діелектрики відрізняються від металів тим, що валентна зона у них при Т 0° До завжди повністю заповнена електронами, а найближча вільна зона (зона провідності) відокремлена від валентної зоною заборонених станів. АБ у напівпровідників - від десятих часток електрон-вольт до 3 ев (умовно), а у діелектриків - від 3 до 5 ев (умовно) Якщо між напівпровідниками і діелектриками є лише кількісна відмінність, то відмінність їх від металів якісна. крім накладання електричного поля, так як валентна зона в металі не заповнена або перекривається із зоною провідності (Мал. 71, а). Дискретним рівням атома в твердому тілі завжди відповідає дискретна система дозволених зон, розділених забороненими зонами. ] [c.418] [c.237] [c.237] [c.104] [c.591] Дивитись розділи в: 1. Ізолятори (діелектрики): σ=10^-22÷10^-10 1/(Ом*см).Ці речовини не екранують електричне поле, воно проникає усередину та викликає поляризацію. Діелектрики мають широку заборонену зону (електронам потрібна велика енергія, щоб «застрибнути» в зону провідності). Таких електронів (з достатньою енергією) мало: концентрація n=1÷10^5 см^-3 Провідники також ділять за провідністю на «просто» провідники, «хороші» провідники та надпровідники. В останніх провідність прагне нескінченності.Різниця між напівпровідниками та металами
Визначення
Порівняння
Висновки TheDifference.ru
Чим відрізняється напівпровідник від металу
2. Напівпровідники: σ=10^-9÷10^2 1/(Ом*см). Заборонена зона вже. концентрація носіїв заряду, відповідно більше: n=10^6÷10^17 см^-3.
3. Провідники: σ>100, а концентрація носіїв n>10^17.
Провідниками є метали, напівметали (графіт, бор, миш'як). Надпровідники – метали при низьких температурах (гелієві температури), високотемпературні надпровідники – складні кераміки (Y-Ba-Cu-O, Tl-Ba-Ca-Cu-O) – тут температури до 100 К.
Напівпровідників – море. Їхні електричні властивості можна істотно змінювати, додаючи різні домішки, створюючи з них тверді розчини. І зауважте проводять вони у всіх напрямках - як поле прикладете, так струм і потече.
Метали добре проводять його.
Напівпровідники (по суті це тонка область у провіднику), мають властивість в один бік електричний струм пропускати, а у зворотному напрямку немає.Різниця між напівпровідниками та провідниками
Що є напівпровідниками?
Що є провідники?
Порівняння
Чим відрізняються напівпровідники від металів та діелектриків за електричними властивостями?
Чим напівпровідники від металів. Властивості напівпровідників
Визначення
Довідник хіміка 21
Хімія та хімічна технологія
Відмінність напівпровідників від металів та діелектриків
2. Напівпровідники: σ=10^-9÷10^2 1/(Ом*см). Заборонена зона вже. концентрація носіїв заряду, відповідно більше: n=10^6÷10^17 см^-3.
3. Провідники: σ>100, а концентрація носіїв n>10^17.
Провідниками є метали, напівметали (графіт, бор, миш'як). Надпровідники – метали при низьких температурах (гелієві температури), високотемпературні надпровідники – складні кераміки (Y-Ba-Cu-O, Tl-Ba-Ca-Cu-O) – тут температури до 100 К.
Напівпровідників – море. Їхні електричні властивості можна істотно змінювати, додаючи різні домішки, створюючи з них тверді розчини. І зауважте проводять вони у всіх напрямках - як поле прикладете, так струм і потече.