diferencia fundamental entre un metal y un semiconductor?

No es así como lo aprendí. Tiene que ver con las brechas de energía entre la banda de valencia donde están los electrones en la energía más alta y la banda de conducción, donde un electrón puede liberarse de su átomo. En los metales, estas bandas se superponen y los electrones se mueven libres dentro de la red del metal, y eso es lo que le da a los metales su brillo típico.

Los semiconductores puros son aisladores a crio-temperaturas. Pero doparlas con material tipo N hará que los átomos dopantes se unan con el semiconductor, y luego hay un electrón superfluo que, como en los metales, puede moverse libremente a través de la red y, por lo tanto, conducir electricidad.

  

Una forma útil de visualizar la diferencia entre conductores, aislantes y semiconductores es trazar las energías disponibles para los electrones en los materiales. En lugar de tener energías discretas como en el caso de los átomos libres, los estados de energía disponibles forman bandas. Crucial para el proceso de conducción es si hay o no electrones en la banda de conducción. En los aisladores, los electrones en la banda de valencia están separados por una gran brecha de la banda de conducción, en los conductores como los metales la banda de valencia se superpone a la banda de conducción, y en los semiconductores hay una brecha suficientemente pequeña entre la valencia y las bandas de conducción que térmicas u otras Las excitaciones pueden cerrar la brecha. Con una brecha tan pequeña, la presencia de un pequeño porcentaje de material dopante puede aumentar dramáticamente la conductividad.

     

Un parámetro importante en la teoría de la banda es el nivel de Fermi, la parte superior de los niveles de energía de electrones disponibles a bajas temperaturas. La posición del nivel de Fermi en relación con la banda de conducción es un factor crucial para determinar las propiedades eléctricas.

(de este excelente sitio )

La explicación en el libro es incompleta: la principal diferencia entre los metales y los semiconductores es cómo se llena la banda de valencia. Una buena representación está aquí wikipedia . En metales, la banda de valencia se superpone a la banda de conducción, formando la banda de valencia, en la que aparecerían agujeros si los electrones se transformaran en la banda de conducción, completamente poblados. Por lo tanto, solo los electrones se mueven dentro de los metales.

En los semiconductores, las bandas no se superponen, lo que permite que existan agujeros en la banda de valencia tan pronto como los electrones cambian a la banda de conducción. Dado que los agujeros representan una carga positiva, se mueven en la dirección opuesta y se "llenan" con electrones en el cátodo.

Sección 2.5, Electrónica integrada de Millmans]

  

Una diferencia fundamental entre un metal y un semiconductor es que el   el primero es unipolar [conduce la corriente por medio de cargas (electrones) de uno   solo signo], donde un semiconductor es bipolar (contiene dos cargadores   "partículas" de signo opuesto).

El párrafo anterior se ha copiado y copiado del libro de texto referido para aclarar la pregunta, ya que originalmente está escrita y pierde algunas palabras importantes.

Se entiende en el contexto que unipolar significa que la conducción de la corriente eléctrica solo se debe a un tipo de portadores y bipolar significa que la conducción de la corriente eléctrica se debe a dos tipos de portadores.

Es bien sabido que los agujeros pueden imaginarse como electrones que se mueven en dirección opuesta con respecto a la dirección de los agujeros, pero aún así, el comportamiento de un agujero es distinto del de electrón, como lo sugiere la teoría cuántica, que está bien probado por el experimento de Hall. Este experimento es suficiente para comprender que la corriente eléctrica a través de un semiconductor (no a través de la fuente de voltaje) es transportada por electrones y agujeros.

  

No puedo descifrar los orificios que se desplazan hacia el terminal -ve y, por lo tanto, actuar como corriente bipolar.

En los diodos semiconductores hay muy pocos orificios en la región dopada de semiconductores n generada debido a la recombinación de pares de electrones.

( asumamos que el diodo está sesgado hacia adelante por el momento )

enlace

Aquí, la batería inclinada hacia adelante está conectada de tal manera que el terminal negativo está conectado al lado n del diodo y el terminal positivo al lado p del diodo . Ahora malentendió que solo se ingresan electrones del metal en el lado n que son atrapados por el terminal positivo de la batería a medida que los electrones fluyen a través del lado p . De hecho, los orificios contenidos en el lado p también fluyen a través del lado n y son capturados por el terminal negativo de la batería.

  

Por lo tanto, para un diodo de polarización directa, los orificios atraviesan la unión desde el tipo p a la región de tipo n, donde constituyen una corriente minoritaria inyectada.

Ahora

Los orificios en el lado n = algunos orificios generados térmicamente en la n-región + los orificios provienen del lado p del diodo

Y estos agujeros se difundirán desde el lado p hacia el terminal negativo.

Por lo general, usamos cables de cobre para conectar un diodo con la batería y en tal situación siempre hay una unión Metal-Semiconductor de muy poca resistencia y, por supuesto, estos agujeros se difundirán a través de la unión MS y se combinarán con los electrones. Metal debido a muy altas posibilidades de recombinación.

Veo al menos dos respuestas correctas aquí, sin embargo, tengo la sensación (según la forma en que se formuló la pregunta) de que podría ser demasiado complicado entender esto en términos de "bandas de valencia / conducción que se superponen". / p>

La oración que ha citado debe considerarse solo en todo el contexto del texto. No tiene mucho sentido independiente.

Permítame tratar de describir la diferencia en palabras más simples.

La principal diferencia entre los conductores y los aisladores es la cantidad de electrones de conducción "libres": estos electrones pueden verse afectados por el campo eléctrico aplicado externamente, lo que contribuye al flujo de corriente.

• Losconductorestienenmuchoselectronesdeconducción,porloqueinclusouncampoeléctricobajo(bajovoltaje)puedecausarunagrancorriente.Laotraformadedecirlomismoesquelaconductividaddelosconductoresesalta.
• Losaisladorestienenpocoselectronesdeconducción,porloquesuconductividadesbaja.

Lasdefinicionesdeconductividad"baja" y conductividad "alta" son heurísticas, y es posible que un material, que es un buen aislante en una aplicación, se considere un conductor en otra aplicación.

La mayoría de los metales son muy buenos conductores.

Sin embargo, incluso un material aislante puede ser un muy buen conductor. Tome un aire, por ejemplo, es un aislante muy bueno, pero puede convertirse en un muy buen conductor cuando las moléculas están ionizadas. Este proceso de ionización y la conducción posterior se pueden ver incluso a simple vista en forma de relámpagos y chispas.

Por lo general, se necesita mucha energía para convertir un aislante en conductor. Esta energía se puede obtener de un campo eléctrico fuerte, altas temperaturas, etc. La cantidad exacta de energía requerida es específica del material (esta energía a veces se denomina Band Gap energy). Esto nos lleva a los semiconductores.

Lossemiconductoressonaislantesquerequierenenergíasrelativamentebajaspara"patear" los electrones a un estado de conducción. Cuando los electrones se vuelven "libres", la conductividad de los semiconductores aumenta. Por ejemplo: un termómetro semiconductor con una precisión de 1 \ $ ^ {\ circ} \ $ C cambiará su conductividad de manera mensurable para las diferencias de temperatura tan bajas como 1 \ $ ^ {\ circ} \ $ C.

Energía, energía, energía ... ¿Cómo se relaciona con la distinción entre conductores y aisladores? Esta energía, cuando se transfiere a electrones "no libres", hace que se conviertan en electrones de conducción. Esta energía se utiliza para "expulsar a los electrones de sus enlaces permanentes": una vez que el electrón es "expulsado", se vuelve "libre" y puede ser afectado por el campo eléctrico y contribuir al flujo de corriente.

Lo anterior describe cómo emergen los electrones de conducción en los semiconductores, pero hay un mecanismo más que contribuye a la conductividad: cuando un electrón es "expulsado" y se convierte en un electrón de conducción, deja un espacio vacío atrás (un estado electrónico vacío en las proximidades de los núcleos del átomo). Este estado puede ser acomodado por otro "salto" electrónico "no libre" desde su posición actual a este estado vacío. ¿Por qué "saltaría"? Lo más importante: debido al campo eléctrico externo que hace que el electrón "quiera" que "salte".

El "salto" anterior rellena el estado vacío, pero crea otro estado vacío en otro lugar. Puedes ver este estado vacío como "moverse solo". Dado que el movimiento de este estado es en dirección opuesta en comparación con los "saltos" de los electrones, podemos verlo como afectado por el mismo campo eléctrico, pero con una carga eléctrica positiva.

Elestadovacíoanteriorquepuede"moverse" bajo la influencia del campo eléctrico y tener una carga positiva equivalente se denomina agujero. Tanto los electrones de conducción negativa como los orificios positivos pueden contribuir al flujo de corriente en los semiconductores, por lo que estos últimos se denominan materiales bipolares.

Puede pensar que los metales tienen todos los electrones de conducción siempre presentes, sin necesidad de proporcionar energía adicional para "patearlos" a la "libertad". Dado que no se pueden producir electrones adicionales en los metales, no se dejan huecos. Por lo tanto, en los metales, solo los electrones contribuyen al flujo de corriente, y se puede decir que los metales son materiales unipolares.

Tenga en cuenta que en ambos casos los únicos portadores de carga son los electrones. Sin embargo, es mucho más conveniente pensar en un orificio positivo que se mueve hacia (-) terminal, que pensar que muchos electrones "saltan" uno tras otro hacia (+) terminal. Esto no debería ser demasiado difícil para cualquier ingeniero eléctrico, ya que todos estamos acostumbrados a tratar la corriente como un movimiento de cargas positivas, descuidando el hecho de que estos son electrones que están en movimiento.

Espero que esto ayude.