En la tabla periódica encontramos todos los diferentes elementos y podemos observar como sus propiedades se repiten después de cada periodo, es de interés en esta materia hacer mención del Silicio y el Germanio, los cuales son integrantes del mismo grupo y por lo tanto cada uno de ellos tiene cuatro electrones de valencia.
Estos materiales se llaman semiconductores pues dependiendo de las condiciones con las que los tratemos pueden comportarse como conductores (dejar fluir la corriente) o como aislantes (oponerse al paso de la corriente).
mas interesante aún es estudiar lo que sucede cuando dopamos a estos materiales, el proceso de dopado se refiere a contaminar la estructura cristalina de los materiales semiconductores de una forma que se provechosa para nosotros.
Para entenderlo primero pensemos en cómo se vería un cristal de silicio completamente puro, en este caso cada silicio se enlazaría con sus cuatro vecinos y todos los lugares de sus orbitales serían llenados, como en este cristal tenemos el mismo número de cargas positivas (protones) y cargas negativas (electrones) entonces la carga eléctrica neta del cristal será cero.
Ahora hagamos el ejercicio mental de contaminar (dopar) el cristal, si introducimos un elemento que en lugar de tener cuatro electrones de valencia como el silicio, tenga tres electrones de valencia, lo que pasará es que este átomo se podrá enlazar con tres átomos que estén a su alrededor, pero no tendrá un espacio para formar un cuarto enlace, de tal forma que tenemos un “hueco” que debería ser llenado por un electrón, cada hueco representa un desequilibrio entre las cargas positivas y las negativas, así que de esta forma al final mi cristal tendrá una carga eléctrica positiva, este nuevo cristal se llama sustrato tipo P (P de positivo).
Se puede hacer el mismo ejercicio pero ahora introducimos un átomo que tenga cinco electrones de valencia, nos daremos cuenta que en este nuevo experimento mental uno de los electrones del átomo no tendrá con quién enlazarse, de tal forma que tendremos un exceso de electrones, lo cual causará que tenga una carga neta negativa, este nuevo cristal se llama sustrato tipo N (N de negativo).
La zona de de empobrecimiento
Anteriormente estudiamos como podíamos hacer sustratos con carga neta positiva y carga neta negativa, ahora, consideremos que en la naturaleza las cargas eléctricas quieren ser neutras, por lo que por un lado tenemos muchos electrones que no quieren estar en dónde están y muchos huecos que quieren ser llenados.
Por lo que ¿que sucederá si junto un sustrato tipo P con un sustrato tipo N? Para entender esto hagamos la analogía de un salón de baile, el cual está dividido por la mitad, por un lado el salón está lleno de caballeros y por el otro está lleno de señoritas.
Ambas partes quieres bailar, así que es lógico pensar que en cuanto se quite la barrera de enmedio las personas más próximas a dónde anteriormente estaba la barrera formarán parejas y empezarán a bailar, esto sucede de la misma forma a lo ancho de todo el salón, de tal forma que al final tendremos una barrera de parejas bailando que no permitirán el paso a más personas y no se podrán formar nuevas parejas. En los sustratos pasa lo mismo, está zona se llama zona de empobrecimiento y el componente que hemos formado se llama un “diodo”.
Sabemos de entregas anteriores, que las cargas de signo contrario sienten una fuerza de atracción, así como las personas tienden a sentir atraccion por las personas de sexo contrario (simplificado para motivos de ejemplo), ahora supongamos que en nuestro salón de baile se abren dos puertas y del lado de los caballeros hay muchas señoritas y del lado de las señoritas muchos caballeros. Es fácil imaginar que todas las personas que no tengan pareja correrán hacia las puertas, incluso puede que muchas de las parejas que ya estaban formadas se separen, en este caso la zona de empobrecimiento se hará más grande y se detendrá el flujo de personas cuado todas ellas tengan pareja, así que se puede decir que habrá movimiento de cargas hasta que todas las cargas encuentren lugar.
Pensemos que sucederá en el caso contrario. Si al abrir las puertas hay más caballeros en el lado de los caballeros y más señoritas en el lado de las señoritas, entonces (como las cargas eléctricas del mismo signo se repelen) los caballeros se empezarán a empujar por qué no quieren estar juntos y cuando uno de ellos tenga suficiente energía, será posible que “salte” la zona de empobrecimiento, una vez del otro lado podrá correr libremente hacia la puerta de las señoritas y salir del salón.
Con este experimento mental hemos descrito a grandes rasgos como funciona un diodo, el cual es un componente electrónico que únicamente permite el paso de la corriente en una sola dirección (básicamente una válvula check eléctrica), este elemento ha revolucionado nuestro mundo, desde aplicaciones en electrónica hasta la construcción de paneles solares. Los cuales discutiremos en la siguiente entrega.