Проводимость полупроводников — обладает сверхвысокой эффективностью, превзойдя проводимость металлов

Проводимость материалов - важное свойство, которое определяет их способность пропускать электрический ток. Металлы и полупроводники являются двумя основными группами материалов, отличающимися в этом отношении. Исторически металлы считались наиболее проводящими материалами, но с развитием технологий и появлением полупроводников, ситуация изменилась.

Металлы обладают высокой проводимостью благодаря наличию свободных электронов, которые легко двигаются под воздействием электрического поля. Они формируют электронное облако в материале, что обеспечивает эффективную передачу заряда. Однако полупроводники обладают свойством, превосходящим данную способность металлов.

В отличие от металлов, полупроводники обладают небольшим количеством свободных электронов и дырок, что обеспечивает меньшую проводимость. Однако благодаря возможности регулирования проводимости полупроводников, их электрические свойства могут быть изменены с помощью контролируемых примесей и пространственной структуры материала.

Различия между проводимостью полупроводников и металлов

Главное различие между проводимостью полупроводников и металлов заключается в их структуре и свойствах. Металлы обладают высокой проводимостью электричества благодаря своей кристаллической структуре, в которой свободные электроны могут свободно перемещаться по всему материалу. Это делает металлы отличными проводниками тока.

С другой стороны, полупроводники имеют более сложную структуру, состоящую из ионов и электронов, которые заключены в энергетические уровни внутри материала. Проводимость полупроводников сильно зависит от наличия свободных электронов или недостающих электронов, которые могут создавать "дырки" в электронной структуре. В отсутствие внешнего воздействия полупроводники ведут себя как изоляторы, но при наличии примесей или под действием тепла или света, проводимость полупроводников может значительно увеличиться.

Важным отличительным свойством полупроводников является возможность контроля и изменения их проводимости с помощью специальных полупроводниковых приборов, таких как транзисторы. Такая возможность делает полупроводники востребованными во множестве электронных устройств, от компьютеров до солнечных батарей. В то время как металлы обладают высокой проводимостью, их проводимость не может быть контролируемой или изменяемой без использования других материалов или воздействия.

Проводимость полупроводников

В основе проводимости полупроводников лежит специфическая структура их кристаллической решетки. Полупроводники состоят из атомов, у которых полностью заполнены внутренние энергетические уровни валентной зоны, и один или несколько энергетических уровней перед валентной зоной (энергетическая зона может быть представлена как "лестница", где каждый уровень представляет разрешенное энергетическое состояние). Эти энергетические уровни перед валентной зоной называются зоной проводимости.

Под действием теплового движения некоторые электроны из валентной зоны получают достаточно энергии, чтобы перейти на энергетический уровень в зоне проводимости. Получив такую энергию, электроны начинают двигаться в кристаллической решетке полупроводника, что и обуславливает его проводимость.

Однако проводимость полупроводников намного ниже, чем проводимость металлов, потому что при комнатной температуре в полупроводнике только небольшая часть электронов может пройти в зону проводимости. В то же время, в металлах большая часть электронов находится в зоне проводимости, что обусловливает их высокую проводимость.

Одной из особенностей полупроводников является возможность изменять их проводимость путем добавления определенных примесей. Примеси допируют полупроводники, что позволяет создавать материалы с различными электрическими свойствами, такими как проводимость N-типа (с электронным переносом) или Р-типа (с дырочным переносом).

• Проводимость полупроводников определяется структурой их кристаллической решетки.
• В полупроводниках электроны могут переходить на энергетический уровень в зоне проводимости.
• Проводимость полупроводников намного ниже, чем проводимость металлов, из-за низкой концентрации электронов в зоне проводимости.
• Добавление примесей позволяет изменять проводимость полупроводников.

Проводимость металлов

Металлы обладают высокой проводимостью электричества. Это связано с особенностями структуры и свойств атомов в металлической решетке.

Решетка металла состоит из положительно заряженных ядер атомов и свободных электронов, которые движутся по решетке внутри металла. Это обеспечивает высокую проводимость электричества.

Электроны в металлах находятся в так называемой зоне проводимости, в которой они свободно движутся. Благодаря этому, в металлах образуется электрический ток.

Также, электроны в металлах имеют свободные энергетические уровни, что позволяет им двигаться с низкой энергией, в отличие от полупроводников, где уровни энергии заполнены при высоких энергиях.

Металлы могут быть очень хорошими проводниками тепла. Это связано с движением свободных электронов, которые могут переносить не только электрический ток, но и тепловую энергию.

Такие металлы, как алюминий, медь, железо и серебро, являются примерами материалов с высокой проводимостью тепла. Они широко используются в различных инженерных и электротехнических приложениях.

Все это делает металлы очень полезными материалами с точки зрения проводимости как электричества, так и тепла.