Põhierinevus juhi pooljuhi ja isolaatori vahel on see, et juhtidel on kõrge elektrijuhtivus ja pooljuhtidel on keskmine juhtivus, samas kui isolaatorite juhtivus on tühine.
Juhid, pooljuhid ja isolaatorid on kolm kategooriat, millesse saame liigitada mis tahes materjali sõltuv alt elektrijuhtivusest.
Mis on dirigent?
Juhe ehk elektrijuht on elektrotehnikas objekt, milles on lubatud laengu voog ühes või mitmes suunas. Teisisõnu, juhtmaterjalid võivad juhtida elektrivoolu läbi iseenda. Kõige tavalisemad elektrijuhid on metallid ja metallesemed. Nendes materjalides tekivad elektrivoolud negatiivselt laetud elektronide voolu, positiivselt laetud aukude kaudu ning mõnikord ka positiivsete ja negatiivsete ioonide tõttu.
Veelgi olulisem on see, et kui elektrivool läbib juhti, ei pea laetud osake liikuma voolu tekitamise kohast voolutarbimise kohta. Siin kipuvad laetud osakesed nihutama oma naabrit piiratud koguse energiaga ja see toimub naaberosakeste vahelise ahelreaktsioonina, kus ahela lõpus olevad osakesed suruvad energia tarbimisobjekti. Seetõttu võime jälgida pika ahelaga impulsi ülekannet mobiilsete laengukandjate vahel.
Joonis 01: Elektrijuht
Kui võtta arvesse kahte olulist fakti juhtme takistuse ja juhtivuse kohta, sõltub takistus materjali koostisest ja selle mõõtmetest, juhtivus aga takistusest. Veelgi enam, juhi temperatuur avaldab sellele suurt mõju. Mitte ainult metallid, vaid võivad olla ka muud tüüpi juhid, sealhulgas elektrolüüdid, pooljuhid, ülijuhid, plasma olekud ja mõned mittemetallilised juhid, sealhulgas grafiit.
Mis on pooljuht?
Pooljuhid on materjalid, mille elektrijuhtivuse väärtus jääb juhtide ja isolaatorite juhtivuse vahele. Veelgi olulisem on see, et nende materjalide vastupidavus kipub temperatuuri tõstmisel langema. Lisaks saame muuta pooljuhtide juhtivust, lisades materjali kristallstruktuuri lisandeid (protsessi nimetatakse dopinguks). Seetõttu saame neid materjale kasutada väga erinevate rakenduste jaoks.
Kaks erinev alt legeeritud struktuuriga piirkonda, mis esinevad samas kristallstruktuuris, loovad pooljuhtide ristmiku. Need ristmikud toimivad dioodide, transistoride ja muu kaasaegse elektroonika laengukandjate käitumise aluseks.
Mõned levinud pooljuhtmaterjalide näited hõlmavad räni, germaaniumi, galliumarseniidi ja metalloidelemente. Kõige tavalisemad pooljuhtide moodustamiseks kasutatavad materjalid on laserdioodid, päikesepatareid. Mikrolaine sagedusega integraallülitused jne on räni ja germaanium.
Joonis 02: Pooljuht – räni
Pärast dopinguprotsessi suureneb laengukandjate arv kristallstruktuuris kiiresti. Pooljuhis võivad olla vabad augud või vabad elektronid, mis aitavad juhtivust. Kui materjalis on rohkem vabu auke, siis nimetame seda "p-tüüpi" pooljuhiks ja kui on vabu elektrone, siis kuulub see "n-tüüpi". Dopinguprotsessi käigus saame lisada materjale, näiteks viievalentseid keemilisi elemente, sealhulgas antimoni, fosforit või arseeni, või kolmevalentseid aatomeid nagu boor, gallium ja indium. Lisaks saame pooljuhtide juhtivust suurendada ka temperatuuri tõstmisega.
Mis on isolaator?
Isolaatorid on materjalid, mis ei suuda kanda vab alt voolavat elektrivoolu. Selle põhjuseks on asjaolu, et seda tüüpi materjalide aatomitel on elektronid, mis on aatomitega tihed alt seotud ja ei saa kergesti liikuda. Eritakistuse omadust silmas pidades on eritakistus võrreldes juhtide ja pooljuhtidega väga kõrge. Mittemetallid on kõige levinumad isolaatorite näited.
Kuid pole olemas täiuslikke isolaatoreid, kuna need sisaldavad väikest arvu mobiililaenguid, mis võivad kanda elektrivoolu. Lisaks kipuvad kõik isolaatorid muutuma elektrit juhtivaks, kui materjalile on rakendatud piisav pinge, mis võib elektronid aatomitelt lahti rebida. See on isolaatori läbilöögipinge.
Isolaatoreid kasutatakse erinev alt, sealhulgas elektriseadmete tootmine elektrijuhtide toetamiseks ja eraldamiseks, laskmata voolul ise läbi voolata. Lisaks kasutatakse isoleeritud juhtmete valmistamiseks elektrijuhtmete ja kaablite jaoks tavaliselt isolaatori painduvat katet. Selle põhjuseks on asjaolu, et juhtmed, mis võivad üksteist puudutada, tekitavad ristühendusi, lühiseid ja samuti tuleohtu.
Mis vahe on juhtpooljuhil ja isolaatoril?
Juhid, pooljuhid ja isolaatorid on kolm kategooriat, millesse saame liigitada mis tahes materjali sõltuv alt elektrijuhtivusest. Peamine erinevus juhi pooljuhi ja isolaatori vahel on see, et juhtidel on kõrge elektrijuhtivus ja pooljuhtidel on keskmine juhtivus, samas kui isolaatoritel on ebaoluline juhtivus.
Järgmises tabelis on kõrvuti võrdlemiseks loetletud erinevused juhtpooljuhtide ja isolaatorite vahel.
Kokkuvõte – juht vs pooljuht vs isolaator
Juhid, pooljuhid ja isolaatorid on kolm kategooriat, millesse saame liigitada mis tahes materjali sõltuv alt elektrijuhtivusest. Peamine erinevus juhtpooljuhi ja isolaatori vahel on see, et juhtidel on kõrge elektrijuhtivus ja pooljuhtidel on keskmine juhtivus, samas kui isolaatoritel on ebaoluline juhtivus.
