Física eléctrica de semiconductores
Los misterios del universo
· En física siempre pasa lo mismo, cuando los científicos no comprenden algo se lo inventan con explicaciones surrealistas y retorcidas para distanciarse de los legos y que no cuestionen los argumentos emitidos.
Toda la información de este artículo está basada en ► Nueva teoría de los campos magnéticos del átomo
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10/6/2024 ― De una manera sencilla te puedo contar que los semiconductores son conductores eléctricos en el que sus átomos ceden electrones a otros átomos, pero solo en un sentido. Esto ya es de sobra conocido por la comunidad científica y de hecho, los avances en electrónica se encuentran donde están ahora gracias a los semiconductores.
Explicación sencilla de la física electrónica de los semiconductores
Mi teoría de los campos magnéticos del átomo explica perfectamente el comportamiento físico de los semiconductores. En este artículo te lo voy a resumir.
Para fabricar un semiconductor tenemos que conseguir dos tipos de elementos N y P ―N negativo, P positivo―. Los átomos del elemento N tienen la propiedad de ceder electrones que le sobran, en cambio el otro elemento, el P, tiene la capacidad de acoger electrones.
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¿Qué son los Semiconductores?
Ahora te voy a relatar algunos aspectos sobre los semiconductores desde un punto de vista de la comunidad científica.
Seguramente el primer semiconductor natural se consiguió con el mineral cristalizado llamado galena. Los primeros semiconductores fabricados artificialmente se lograron con germanio cristalizado y le siguieron los fabricados con silicio.
Así lo define la ciencia
Los semiconductores son materiales que tienen una conductividad eléctrica intermedia entre los conductores, como los metales, y los aislantes, como la cerámica. Este comportamiento exclusivo se debe a la estructura de sus bandas de energía, especialmente la banda de conducción y la banda de valencia. Los semiconductores más comunes están fabricados con germanio y actualmente con silicio, utilizados de manera generalizada en la industria electrónica.
Propiedades esenciales de los semiconductores
Deben poseer una conductividad variable. Pueden actuar como conductores o aislantes según las condiciones de temperatura y dopaje.
Consecuencias del dopaje. La introducción de impurezas específicas ―dopaje― en un semiconductor puro puede aumentar su conductividad.
La unión P-N es clave para lograr un semiconductor. Esta arquitectura tecnológica es esencial en la fabricación de diodos, transistores, circuitos integrados y otros componentes electrónicos.
Aplicaciones prácticas de los semiconductores
Microchips y procesadores. Elementos esenciales en los ordenadores en el campo de la informática y en los dispositivos de los móviles inteligentes.
Energía solar. Los semiconductores son la base de las células fotovoltaicas en las placas solares que convierten la luz del Sol en electricidad.
Diodos LEDs. Son los elementos emisores de luz utilizados en iluminación doméstica y en la retroiluminación de las pantallas de televisión, ordenadores y móviles.
Importancia de los semiconductores en la sociedad
Los semiconductores son fundamentales en todos los campos la tecnología moderna, siendo el corazón de todos los dispositivos electrónicos. Sin ellos, no existirían los amplificadores de sonido, receptores de radio y TV, ordenadores, teléfonos inteligentes, ni Internet. Su desarrollo ha proporcionado enormes avances en tecnología, medicina, comunicaciones y energía.
Conceptos básicos sobre los semiconductores
Desde un punto de vista de la física, los electrones pueden circular en un solo sentido en un semiconductor debido a la unión p-n y el principio del diodo. Ahora te explico cómo funciona de manera sencilla.
Unión P-N. Un semiconductor tipo p tiene una abundancia de «huecos», espacios vacíos en los átomos donde los electrones pueden moverse, mientras que un semiconductor tipo N tiene un exceso de electrones libres. Cuando estos dos tipos de materiales se unen, forman una unión P-N.
Comportamiento de los electrones de los átomos huéspedes
Zona de depleción. En la unión P.N, algunos electrones del lado N se combinan con los huecos del lado P, creando una zona sin portadores libres de carga ―zona de depleción―.
Campo eléctrico interno. La combinación de electrones y huecos genera un campo eléctrico en la zona de depleción, que impide que más electrones se muevan de N a P.
Circulación de los electrones en un solo sentido
Polarización directa. Si aplicas un voltaje positivo al lado P y negativo al lado N, el campo eléctrico externo reduce la zona de depleción, permitiendo que los electrones circulen del lado N al P.
Polarización Inversa. Si inviertes el voltaje, el campo eléctrico externo aumenta la zona de depleción, impidiendo la circulación de electrones.
Este mecanismo permite que los electrones circulen en un solo sentido, lo que es esencial para el funcionamiento de diodos y transistores en los circuitos electrónicos.
Anexo final sobre los semiconductores
Como ya te he comentado con anterioridad, existen semiconductores naturales. Uno de los más conocidos es la galena, también conocido como sulfuro de plomo ―PbS―.
Características de la galena ― Posee una estructura cristalina cúbica que permite el movimiento de electrones.
La conductividad en la galena ofrece propiedades semiconductoras debido a su brecha de energía estrecha.
Históricamente la galena se usó en los primeros receptores de radio como detector de radiofrecuencia para convertirla en ondas de baja frecuencia. Fue conocido como radio de diodo de galena.
Los semiconductores naturales no tienen aplicaciones modernas debido al avance y refinamiento de los semiconductores fabricados artificialmente, como el silicio. ― Juan Vicente Santacreu
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♦ Algunos datos curiosos ►
El descubrimiento de la galena, un mineral semiconductor, marcó el inicio de la electrónica al introducir la propiedad de rectificación, esencial para los primeros detectores de radio o «radios de galena». Estos dispositivos permitieron recibir señales de radio sin fuentes de energía externas, popularizando la comunicación y el acceso a la información. Como primer semiconductor usado en electrónica, la galena abrió el camino a desarrollos como los transistores y los circuitos integrados.
Estos avances en semiconductores revolucionaron la tecnología, impulsando la miniaturización y el aumento exponencial de la potencia de la informática. Así, la galena sentó las bases de la era digital, transformando radicalmente la forma en que interactuamos con la tecnología hoy en día.