ההבדל העיקרי בין מוליך למחצה למבודד הוא שמוליכים מראים מוליכות חשמלית גבוהה ומוליכים למחצה מראים מוליכות ביניים, בעוד שמבודדים מציגים מוליכות זניחה.
מוליכים, מוליכים למחצה ומבודדים הם שלוש קטגוריות שאליהן נוכל לסווג כל חומר בהתאם למוליכות החשמלית.
מהו מנצח?
מוליך או מוליך חשמלי הוא אובייקט בהנדסת חשמל שבו מותרת זרימת המטען בכיוון אחד או יותר. במילים אחרות, חומרים מוליכים יכולים להוליך זרם חשמלי דרך עצמם.המוליכים החשמליים הנפוצים ביותר הם מתכות וחפצים מתכתיים. בחומרים אלו נוצרים זרמים חשמליים באמצעות זרימת אלקטרונים בעלי מטען שלילי, חורים בעלי מטען חיובי, ולעיתים עקב נוכחותם של יונים חיוביים ושליליים.
חשוב מכך, כאשר זרם חשמלי עובר דרך מוליך, אין צורך שחלקיק טעון יעבור מאתר בו מיוצר הזרם אל האתר בו מתרחשת צריכת הזרם. כאן, החלקיקים הטעונים נוטים לדחוף לשכנם כמות סופית של אנרגיה, וזה מתרחש כתגובת שרשרת בין החלקיקים השכנים כאשר חלקיקים בקצה השרשרת דוחפים את הכוח לתוך האובייקט הצרכני. לכן, אנו יכולים לראות העברת מומנטום ארוכת שרשרת בין ספקי טעינה ניידים.
איור 01: מוליך חשמל
כאשר בוחנים את שתי העובדות החשובות לגבי התנגדות ומוליכות לגבי מוליך, ההתנגדות תלויה בהרכב החומר ובמידותיו, בעוד שהמוליכות תלויה בהתנגדות. יתרה מכך, גם לטמפרטורה של המוליך יש השפעה רבה על כך. לא רק מתכות, אלא יכולות להיות גם צורות אחרות של מוליכים, הכוללות אלקטרוליטים, מוליכים למחצה, מוליכים, מצבי פלזמה וכמה מוליכים לא מתכתיים, כולל גרפיט.
מהו סמיקונדקטור?
מוליכים למחצה הם חומרים בעלי ערך מוליכות חשמלית הנופל בין המוליכות של מוליכים למבודדים. חשוב מכך, ההתנגדות של חומרים אלה נוטה לרדת עם הגדלת הטמפרטורה. בנוסף, אנו יכולים לשנות את המוליכות של מוליכים למחצה על ידי החדרת זיהומים (התהליך נקרא "סימום") למבנה הגבישי של החומר.לכן, אנו יכולים להשתמש בחומרים אלה עבור יישומים שונים עם חשיבות רבה.
שני אזורים עם מבנים מסוממים שונים המתרחשים באותו מבנה גבישי יוצרים צומת מוליכים למחצה. צמתים אלו פועלים כבסיס להתנהגותם של נושאי מטען בדיודות, טרנזיסטורים ואלקטרוניקה מודרנית אחרת.
כמה דוגמאות נפוצות לחומרים מוליכים למחצה כוללות סיליקון, גרמניום, גליום ארסניד ויסודות מטאלואידים. החומרים הנפוצים ביותר המשמשים להיווצרות מוליכים למחצה כוללים דיודות לייזר, תאים סולאריים. מעגלים משולבים בתדר מיקרוגל וכו' הם סיליקון וגרמניום.
איור 02: מוליכים למחצה – סיליקון
לאחר תהליך הסימום, מספר נושאי המטען במבנה הגבישי גדל במהירות.יכולים להיות חורים חופשיים או אלקטרונים חופשיים במוליך למחצה שעוזרים במוליכות. אם לחומר יש יותר חורים חופשיים, אז אנו קוראים לו מוליך למחצה "סוג p", ואם יש אלקטרונים חופשיים, אז הוא שייך ל"סוג n". במהלך תהליך הסימום, אנו יכולים להוסיף חומרים כגון יסודות כימיים מחומשים, כולל אנטימון, זרחן או ארסן, או אטומים תלת-ערכיים כגון בורון, גליום ואינדיום. בנוסף, נוכל להגדיל את המוליכות של מוליכים למחצה גם על ידי הגדלת הטמפרטורה.
מהו מבודד?
מבודדים הם חומרים שאינם יכולים לשאת זרם חשמלי זורם חופשי. הסיבה לכך היא שלאטומים של סוג זה של חומר יש אלקטרונים הקשורים בחוזקה לאטומים ואינם יכולים לנוע בקלות. כאשר בוחנים את תכונת ההתנגדות, ההתנגדות גבוהה מאוד בהשוואה למוליכים ומוליכים למחצה. אל-מתכות הן הדוגמאות הנפוצות ביותר של מבודדים.
עם זאת, אין מבודדים מושלמים מכיוון שהם מכילים מספר קטן של מטענים ניידים שיכולים לשאת זרם חשמלי.בנוסף, כל המבודדים נוטים להיות מוליכים חשמלית כאשר יש כמות מספקת של מתח המופעל על החומר, מה שיכול לקרוע את האלקטרונים מהאטומים. זהו מתח השבר של המבודד.
ישנם שימושים שונים במבודדים, כולל ייצור של ציוד חשמלי לתמיכה ולהפרדה של מוליכים חשמליים מבלי לאפשר לזרם לזרום דרך עצמם. יתר על כן, ציפוי גמיש של מבודד משמש בדרך כלל לחוטי חשמל וכבלים לייצור חוטים מבודדים. הסיבה לכך היא שהחוטים שיכולים לגעת זה בזה מייצרים גם חיבור צולב, קצר חשמלי וסכנות שריפה.
מה ההבדל בין מוליך למחצה למבודד?
מוליכים, מוליכים למחצה ומבודדים הם שלוש קטגוריות שאליהן נוכל לסווג כל חומר בהתאם למוליכות החשמלית. ההבדל העיקרי בין מוליך למחצה למבודד הוא שמוליכים מראים מוליכות חשמלית גבוהה ומוליכים למחצה מראים מוליכות ביניים, ואילו מבודדים מראים מוליכות זניחה.
הטבלה הבאה מפרטת את ההבדלים בין מוליך למחצה לבין מבודד להשוואה זה לצד זה.
סיכום – מוליך מול מוליכים למחצה מול מבודד
מוליכים, מוליכים למחצה ומבודדים הם שלוש קטגוריות שאליהן נוכל לסווג כל חומר בהתאם למוליכות החשמלית. ההבדל העיקרי בין מוליכים למחצה לבין מבודד הוא שמוליכים מראים מוליכות חשמלית גבוהה ומוליכים למחצה מראים מוליכות ביניים, בעוד שמבודדים מראים מוליכות זניחה.
