20. Izolatory, półprzewodniki, przewodniki i nadprzewodniki

Materiały można podzielić na cztery główne grupy ze względu na ich właściwości przewodzenia prądu elektrycznego:

• izolatory,
• półprzewodniki,
• przewodniki,
• nadprzewodniki.

Każda z tych grup charakteryzuje się innym mechanizmem przewodzenia oraz inną wartością oporu elektrycznego.

• Materiały o bardzo wysokim oporze elektrycznym.
• Prąd elektryczny płynie przez nie w bardzo ograniczonym stopniu lub wcale.
• Przykłady: szkło, guma, plastik, ceramika, sucha drewno.
• Mechanizm: brak swobodnych nośników ładunku (elektronów lub jonów).
• Zastosowanie: izolacja przewodów, elementy zabezpieczające przed porażeniem.

• Materiały o oporze pośrednim między przewodnikami a izolatorami.
• Przewodnictwo zależy od warunków zewnętrznych (temperatura, domieszki, światło).
• Przykłady: krzem (Si), german (Ge), arsenek galu (GaAs).
• Mechanizm: przewodnictwo dzięki elektronowym nośnikom i dziurom, liczba nośników może być sterowana.
• Zastosowanie: elementy elektroniczne – diody, tranzystory, czujniki.

• Materiały o niskim oporze elektrycznym.
• Prąd płynie przez nie łatwo dzięki swobodnym elektronom przewodnictwa.
• Przykłady: miedź, srebro, aluminium, złoto.
• Mechanizm: swobodne elektrony w strukturze metalu.
• Zastosowanie: przewody, kable, styki elektryczne.

• Materiały, które w bardzo niskich temperaturach (bliskich 0 K) tracą całkowicie opór elektryczny.
• Prąd płynie bez strat energii.
• Przykłady: rtęć (w temp. <4,2 K), ołów, niektóre związki ceramiczne (HTS – wysokotemperaturowe nadprzewodniki).
• Mechanizm: parowanie elektronów (pary Coopera), brak rozpraszania.
• Zastosowanie: magnesy w medycynie (MRI), szybkie linie przesyłowe, elementy elektroniczne.

• Izolatory blokują przepływ prądu.
• Półprzewodniki przewodzą warunkowo, podstawą elektroniki.
• Przewodniki umożliwiają swobodny przepływ prądu.
• Nadprzewodniki pozwalają na przepływ prądu bez strat w odpowiednich warunkach.