Muy bien. Continuamos con Introducción a la física de semiconductores. Es algo que nos explica el funcionamiento de los dispositivos semiconductores, como el diodo, por ejemplo, como el transistor. you dije antes, al principio del curso, que este es un curso de diseño y análisis, sobre todo, de circuitos. No es un curso de semiconductores, no es un curso de física de semiconductores. Entonces lo que vamos a aprender de física de semiconductores es lo básico, es realmente lo básico para poder entender un poco más nuestros dispositivos. Entonces, lo primero aquí es, ¿semiconductores? ¿Qué son los semiconductores? Los semiconductores son materiales que conducen moderadamente la electricidad, porque tienen una conductividad eléctrica que está entre la de los conductores y la de los aislantes. Y que más encima nosotros podemos variar externamente hasta alguna forma. Voy a decir internamente por fabricación. La mayoría de los materiales semiconductores son sólidos cristalinos. Son sólidos cristalinos, vamos a hablar de eso en un rato más. También existen semiconductores amorfos, orgánicos y líquidos incluso. Se usan bastante. Ejemplos de semiconductores, silicio, germanio, arseniuro de galio, etcétera. Los dispositivos semiconductores, habíamos hablado qué eran los dispositivos en este curso, son, en general, elementos circuitales de dos, tres terminales, pueden ser de más eventualmente, que tienen algún modelo matemático. En este caso, los dispositivos pueden ser transistores, diodos, resistores, capacitores. Y estamos hablando de dispositivos semiconductores que son fabricados con materiales semiconductores y que son la base de la electrónica moderna, transistores, diodos, fotodiodos, LED, celdas solares, circuitos integrados. Y gracias a ellos existe este curso. Entonces, ¿cuál es el semiconductor más usado en el mundo? ¿Saben ustedes? Silicio es el semiconductor más usado y es un material un poquito mágico, es bien interesante. No lo digo porque yo me dedico a la electrónica, sino que tiene propiedades bien interesantes. Algo de eso vamos a estudiar en este capítulo. Nosotros estamos estudiando lo que es la resistividad eléctrica ro. Nosotros siempre hablamos de resistencia y es lo que nos interesa, y alguna ecuación de resistividad vimos en algún curso de física en algún momento. A diferencia de la resistencia, que es una propiedad del elemento circuital, digamos que en R. R, yo no sé cuánto vale el R aquí, porque no tiene sentido, no está definido. El R está definido dentro de estos dos terminales y punto. A diferencia de eso, la resistividad es una propiedad del material, que puede cambiar punto a punto, puede ir variando punto a punto. Entonces nosotros podemos tener un material semiconductor, un material conductor, da lo mismo, podemos dibujarlo de esta forma, pero en realidad puede tener cualquier forma. Este material tiene esta propiedad, que es la resistividad, y si yo pongo una placa aquí y le pongo una placa al otro lado, y esto tiene, no sé, esto ancho, y un espesor de una cierta longitud L, yo puedo calcular la resistencia. La resistencia va a ser proporcional a la resistividad, proporcional a la longitud, inversamente proporcional al área, W por T. Pero esta ro dije que es una propiedad del material, entonces realmente ese ro es un, es una propiedad de cada elemento que pudiéramos dividir esto en elementos muy pequeños. Entonces, al final, la resistencia es una integral sobre todo este material, por ejemplo, todo el ancho del material de pequeños diferenciales de resistencias. Para calcular la resistencia de un elemento es necesario tomar en cuenta, entonces, la resistividad sobre todos los caminos posibles para la corriente. Lo vamos a hacer ahora, pero quiero que se queden con esa idea. La conductividad, que es 1 partido por la resistividad, varía de material a material. Tenemos aquí diferentes materiales, plata, etcétera, hasta el aire, con diferentes conductividades, you que algunas propiedades. Esta conductividad se mide en siemens por centímetro. Es una. Sí, ro entonces para que estos sean ohm. Es lo mismo que ohm, que un x, este ohm es un x por metro, partido por metros cuadrados. Perfecto. Entonces, el x tiene que ser, para que esto sea ohm, el x tiene que ser ohm metro, ¿cierto? Y si hacemos uno partido por eso, llegamos a siemens partido por centímetro. Metros, centímetros, da lo mismo. Estamos hablando de dimensiones. La conductividad es proporcional a la concentración de portadores de carga. En este caso para nosotros son los electrones, que mueven cargas eléctricas. Cada electrón mueve una carga eléctrica pq. Y también la conductividad es proporcional a la movilidad de los portadores de carga en un medio. Entonces, si los electrones se pueden mover rápidamente, podemos tener grandes conductividades. Si los electrones se mueven despacito, tenemos poca conductividad. Y aquí no lo estamos apreciando, pero esto de aquí es una fórmula al final proporcional a ambas cosas. El silicio tiene conductividades que pueden variar siete órdenes de magnitud. ¿Se imaginan? Ciertas cantidades físicas varían en esa proporción. Es bien impresionante. Bueno, ¿quiénes son los portadores de carga? Por ahora vamos a decir que los portadores de carga son los electrones. Hoy vamos a aprender de otros, pero por ahora son electrones. No todos los electrones pueden desplazarse por el material, entonces vamos a aprender algo de química. you aprendimos en cursos anteriores para entender cómo están dispuestos los electrones dentro de un material. Entonces vamos a hablar cierta terminología. Por aquí tenemos un pedacito de la tabla periódica. Y aquí tenemos cierta terminología. El número atómico. ¿Qué es el número atómico? Yo me acuerdo, tiene que ver con el número de protones en un cierto elemento. Les dije esto en mi taller, estaba celebrando el cumpleaños y no sé a quién. Bueno, como decía, número atómico es el número de protones que tiene cierto elemento. Por ejemplo, el hidrógeno tiene un protón por átomo, entonces el número atómico del hidrógeno es uno. Peso atómico es como la suma de protones y neutrones. No es exactamente eso, es parecido a la suma de protones y neutrones de un átomo, y lleva un número fraccionario. ¿Por qué algunos elementos tienen peso atómico fraccionario? Eso es extraño, ¿no? Tiene que ver con que hay isótopos, pero no nos vamos a preocupar de eso en este momento. Hay isótopos, algunos isótopos tienen un número diferente de neutrones y esos producen que en un material, en promedio tengamos un peso atómico. Tenemos la estructura electrónica, los orbitales, valencias y electrones de valencias. ¿Se acuerdan de eso? En química habíamos visto que esta estructura electrónica define cómo están dispuestos los electrones en diferentes capas. En general, los electrones que están en capas de más abajo están todos felices. Esta es la estructura electrónica del silicio. Están todos felices, no se mueven de ahí porque están con un nivel de energía mínimo y ese nivel de energía mínimo evita que ellos salgan. Pero hay ciertos electrones que están en las capas de más arriba y esos son los electrones de valencia. En el caso del silicio, hay cuatro electrones de valencia. Esos cuatro electrones de valencia son los que le permiten reaccionar con otros átomos y producir las reacciones químicas, todos los enlaces químicos. Entonces, estamos hablando de esos electrones que son la capa más exterior. Todos los que están adentro no se mueven, son electrones que están fijos y esos no se mueven. Y los electrones de valencia tampoco se mueven. Pero si le damos suficiente energía a un electrón de valencia, you vamos a ver lo que pasa. Están los enlaces covalentes, que son enlaces entre dos átomos, donde cada átomo comparte un electrón. Entonces, los dos electrones del enlace pasan a pertenecer a ambos átomos al mismo tiempo. Es una forma muy simple de decirlo y, por lo tanto, completan la capa de electrones y hacen que el elemento sea muy débil, que el compuesto sea muy. Los cristales son estructuras que se repiten, por ejemplo, que tienen una forma, por ejemplo, tridimensional. El silicio, por ejemplo. Produce estaño, entonces aquí tengo una toma de silicio con sus 4 electrones de valencia y este en cada extremo puede tener un átomo de silicio que a su vez tiene otros 4 electrones de valencia, imagínense esto en tres dimensiones. Y así, entonces un cristal es una estructura regular que producen los átomos, si yo miro un pedacito aquí y miro un pedacito allá es todo igual, una estructura regular [INAUDIBLE] La conductividad eléctrica depende si es conductor, aislante o semiconductor, en el caso del conductor estamos hablando de un número de electrones de valencia menos que 4, cosa que en la última capa hay unos electrones de valencia. El aislante tiene más de 4 electrones de valencia y los semiconductores son tetravalentes, tienen 4 electrones. en la última capa y con esos 4 electrones se pueden hacer cosas bien interesantes. Y tenemos el silicio, el elemento 14 y tenemos otro elemento alrededor, yo estoy hecho de esto principalmente. Pero mi electrónica está hecha. Muy bien. Bandas de valencia y conducción. Vamos a aprender algo que se llama energía de separación de banda, todo bandgap. Entonces tenemos conductor, semiconductor y aislante, así como aquí hay conductor, semiconductor y aislante, cierto. En un conductor no hay bandgap, no hay separación entre la banda de valencia y la banda de conducción. Estos son niveles de energía. Pero en el aislante en cambio hay una tremenda separación entre la banda de valencia y la bnada de conducción, y los electrones están típicamente en la banda de valencia. Entonces en un aislante, estos electrones les cuesta mucho saltar hasta la banda de conducción, no pueden porque hay una gran energía de separación de bandas, un gran bandgap por lo tanto todos esos electrones que están aquí en la banda de valencia agarrándose de otros átomos y no pueden transportar carga porque no se mueven. Aquí en la banda de valencia los electrones están fijos. Aquí en la banda de conducción los electrones estén libres para moverse sobre el [INAUDIBLE]. Y si pudiéramos hacer que un electrón salte hasta allá arriba hasta la banda de conducción, tendríamos un electrón que puede conducir. En un conductor las bandas de valencia y de conducción están ancladas, están [INAUDIBLE], y eso hace que los electrones pueden pasar libremente a conducción. En un semiconductor tenemos una energía de separación de bandas pequeñas, del orden de 1 o 2 electrón voltio, [INAUDIBLE] algunos valores. Estos son semiconductores, este de aquí es un aislante, super buen aislante, [INAUDIBLE] aislante. Entonces este de aquí es un semiconductor que tiene una energía de separación de bandas pequeña y si nosotros de alguna forma le damos suficiente energía a estos electrones, estos electrones pueden saltar a la banda de conducción y ese electrón podría conducir. No sabemos qué pasa ahí, tal vez lo aprendamos después. Muy bien. Enlaces covalentes y cómo la estructura cristalina a 0 kelvin. Cada átomo de silicio tiene 4 electrones de valencia, entonces vamos a fijarnos en este átomo del medio, que tiene 1, 2, 3, 4 electrones de valencia. 1, 2, 3, 4 electrones de valencia, entonces ese átomo tiene 4 electrones de valencia. Tiene un núcleo más todas las capas electrónicas internas y en total sumamos la carga del núcleo que tiene 14 protones. Y las capas internas que tienen 10 electrones y nos queda un núcleo más capa interna que tiene una carga eléctrica total de +4, donde 1 sería la carga de un electrón. Y tenemos 4 electrones de valencia. Y como se juntan con otros 4 átomos de silicio que son sus vecinos esos 4, que aquí los dibujo en plano pero como dije antes esto [INAUDIBLE] regular, este tiene 4 vecinos que están en una disposición [INAUDIBLE]. Cada uno de estos tiene otros 4, entonces tiene otros 4 electrones de valencia, este comparte 1 electrón de valencia con este otro, este comparte 1, este comparte 1. Entonces al final tenemos que la última capa de este átomo tiene sus 8 electrones. La última capa de este átomo tiene 8 electrones, cuando en realidad sabemos que 4 son compartidos pero no importa, están llenas y por lo tanto es un elemento, es un átomo que está feliz en ese cristal, y no se mueve ningún electrón a ninguna parte. Eso ocurre a 0 kelvin. Los electrones están quietos en cada átomo de la estructura cristalina [INAUDIBLE] En la próxima cápsula vamos a ver qué es lo que sucede a mayor temperatura. Gracias por mirar este video.
