Cristal de silicio
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Cristales de silicio. Al combinarse los átomos de Silicio para formar un sólido, lo hacen formando una estructura ordenada llamada cristal. Esto se debe a los "Enlaces Covalentes", que son las uniones entre átomos que se hacen compartiendo electrones adyacentes de tal forma que se crea un equilibrio de fuerzas que mantiene unidos los átomos de silicio.
Historia
En 1939 los científicos Jack Scaff y Henry Theurer, de los laboratorios Bell, descubrieron áreas especiales en el silicio, que fueron clasificadas como positivas (tipo p) y negativas (tipo n). Este desarrollo permitió reconocer en el silicio un material apto para crear semiconductores.
En 1953 se desarrollan las primeras obleas de cristales de silicio lo cual será la base para la fabricación de Chipset para circuitos integrados. Ese mismo año Texas Instruments vende sus primeros transistores de silicio, y poco después se descubren nuevas técnicas para la introducción de impurezas en forma controlada en el material de base.
Estructura
La estructura de los átomos de silicio ha sido desarrollada colocando capas alternas de dióxido de silicio (utilizadas en su mayoría para la elaboración de microchip) y un material de polímero . Es un componente que tiene una red tridimensional y una estructura molecular regularmente diferente, ya que presenta capas alternas de dos materiales hasta el momento no utilizados en este tipo de investigaciones.
El resultado que se obtuvo fue un cristal sintético, hecho de silicio. Los investigadores utilizaron este elemento químico porque presenta la particularidad de ser un semiconductor capaz de ser utilizado como aislante.
Enlaces covalentes
Cada átomo de silicio comparte sus 4 electrones de valencia con los átomos vecinos, de tal manera que tiene 8 electrones en la órbita de valencia. La fuerza del enlace covalente es tan grande porque son 8 los electrones que quedan ( aunque sean compartidos ) con cada átomo, gracias a esta característica los enlaces covalentes son de una gran solidez. Los 8 electrones de valencia se llaman electrones ligados por estar fuertemente unidos en los átomos.
El aumento de la temperatura hace que los átomos en un cristal de silicio vibren dentro de él, a mayor temperatura mayor será la vibración. Con lo que un electrón se puede liberar de su órbita, lo que deja un hueco, que a su vez atraerá otro electrón, etc... A 0 ºK, todos los electrones son ligados. A 300 ºK o más, aparecen electrones libres.
Esta unión de un electrón libre y un hueco se llama "recombinación", y el tiempo entre la creación y desaparición de un electrón libre se denomina "tiempo de vida".
Enlace covalente roto: Es cuando se tiene un hueco, esto es una generación de pares electrón libre-hueco.
Fonones
El cristal de silicio contiene dentro fonones, es decir, ondas vibracionales portadoras de calor normal (o sonido) de acuerdo a su frecuencia. En este caso, las partículas tienen un nivel bajo de calor.
Los fonones que presenta este nuevo material tienen un período de vibración muy débil, por lo que solo funciona a temperaturas bajo cero. Sin embargo, el grupo de expertos del MIT presiente que si logran diminuir el espesor de las capas de silicio de los cristales pueden obtener un aislante perfecto, capaz de bloquear el calor, abriéndose de esta manera un abanico de posibilidades tecnológicas.
Thomas sostiene que los fonones existen en todos los sólidos y suelen ser un estorbo que debe ser eliminado con los sistemas de refrigeración. A su vez, afirma: “Se los ha denigrado e ignorado, pero podrían ser la atracción del futuro si podemos manipularlos para el propio beneficio”. Thomas sostiene que la mejor manera de comprender el enorme potencial de los dispositivos de control de los fonones es compararlos con los electrones y los fotones.
El jefe del departamento de Ciencia de los Materiales explica que la comprensión cada vez mayor de los electrones y los fotones (que llevan la electricidad y la luz, respectivamente) ha conducido a decenas de innovaciones tecnológicas, incluyendo el láser, los transistores, las células fotovoltaicas y el microchip.
“Estas invenciones hicieron posible la mayoría de los dispositivos que caracterizan la vida moderna, incluyendo teléfonos celulares, computadoras, reproductores de DVD y televisores de pantalla plana”.
