Semicoductores
Páginas: 13 (3182 palabras)
Publicado: 12 de febrero de 2012
LOS SEMICONDUCTORES: DE LOS TRANSISTORES A LAS NANOESTRUCTURAS Y LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA
ISAAC HERNÁNDEZ-CALDERÓN
“Pienso que en el mundo hay mercado para tal vez cinco computadoras”, Thomas Watson, Presidente de IBM, 1943. “No hay razón por la que alguien quisiera una computadora en su casa”, Ken Olson, Presidente y fundador de Digital Equipment Corporation, 1977.
atrás podrían haberparecido asunto exclusivo de cuentos de ciencia ficción. Para muchos niños las computadoras son uno de tantos aparatos domésticos, los juegos de realidad virtual no les parecen misteriosos y enviar o recibir información de cualquier tipo y de cualquier lugar del mundo sólo requiere sentarse frente a una PC. Todo esto es el resultado del explosivo desarrollo científico y tecnológico de los últimos 40años, con particular énfasis en los últimos veinte. No hay duda que en todo esto los semiconductores han jugado un papel predominante. No hace mucho que la computadora de bolsillo, el discman, el DVD, las pantallas de plasma, las cámaras digitales y los teléfonos celulares eran aparatos exóticos que no formaban parte de nuestra vida diaria. La industria de los semiconductores es una de las que máscrecimiento ha presentado en los últimos años. En 2004, las ventas alcanzaron cerca de $200,000 millones de dólares.
H
OY CONTAMOS CON MUCHOS DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS QUE 25 AÑOS
L OS
serigrafía / papel murillo, 2003
SEMICONDUCTORES
DE LA SERIE “ HABLAR DEL SILENCIO”
Dependiendo de los intereses específicos los materiales pueden clasificarse de formas muy diversas. Desde elpunto de vista de sus propiedades eléctricas podemos hacerlo en tres grandes categorías: aislantes, semiconductores y conductores de la electricidad. Los semiconductores, como su nombre lo indica, son materiales que conducen la electricidad mejor que un aislante pero muy deficientemente en comparación con un metal. Son estudiados por la física del estado sólido, que es uno de los campos deinvestigación más desarrollados tanto a nivel internacional como nacional. No es difícil entender como surgen los diferentes tipos de materiales a partir de las propiedades de los átomos que los forman. Sabemos que podemos describir a los átomos como un núcleo positivo que contiene neutrones y protones y que está rodeado de nubes de electrones organizados en capas
El Dr. Isaac Hernández-Calderón esinvestigador titular del Departamento de Física del www.fis.cinvestav.mx/nanosem. Su correo electrónico es: ihernand@fis.cinvestav.mx
CINVESTAV ,
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AVA N C E Y P E R S P E C T I VA
AVA N C E Y P E R S P E C T I VA
LOS
SEMICONDUCTORES: DE LOS TRANSISTORES A LAS NANOESTRUCTURAS...
Figura 1. Transformación de los niveles atómicos a las bandas de energía de un sólido. En el caso de labanda superior semillena tenemos un metal. En el otro caso un semiconductor o un aislante, dependiendo del valor de Eg.
Figura 2. a) Semiconductor en su estado base a baja temperatura; b) Semiconductor excitado por alguna perturbación externa o por temperatura. El electrón pasa a la banda de conducción dejando un hueco en la banda de valencia; c) Bajo una diferencia de potencial (voltaje) haymovimiento de huecos y electrones en sentidos contrarios.
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alrededor del núcleo. Cada capa electrónica contiene un cierto número de orbitales, siendo éstos definidos por sus números cuánticos y con una ocupación máxima de dos electrones con espín opuesto, obedeciendo el principio de exclusión de Pauli que nos dice que no podemos tener dos electrones con los mismos números cuánticos. Cuandonosotros formamos un sólido a partir de átomos aislados los orbitales de cada átomo se van acomodando de tal forma que no se viole el principio de exclusión de Pauli. Esto significa que los átomos no pueden mantener sus niveles de energía originales, se encimarían unos con otros y tendrían los mismos números cuánticos, por lo tanto se van agrupando en bandas, figura 1. Dependiendo de los átomos...
ISAAC HERNÁNDEZ-CALDERÓN
“Pienso que en el mundo hay mercado para tal vez cinco computadoras”, Thomas Watson, Presidente de IBM, 1943. “No hay razón por la que alguien quisiera una computadora en su casa”, Ken Olson, Presidente y fundador de Digital Equipment Corporation, 1977.
atrás podrían haberparecido asunto exclusivo de cuentos de ciencia ficción. Para muchos niños las computadoras son uno de tantos aparatos domésticos, los juegos de realidad virtual no les parecen misteriosos y enviar o recibir información de cualquier tipo y de cualquier lugar del mundo sólo requiere sentarse frente a una PC. Todo esto es el resultado del explosivo desarrollo científico y tecnológico de los últimos 40años, con particular énfasis en los últimos veinte. No hay duda que en todo esto los semiconductores han jugado un papel predominante. No hace mucho que la computadora de bolsillo, el discman, el DVD, las pantallas de plasma, las cámaras digitales y los teléfonos celulares eran aparatos exóticos que no formaban parte de nuestra vida diaria. La industria de los semiconductores es una de las que máscrecimiento ha presentado en los últimos años. En 2004, las ventas alcanzaron cerca de $200,000 millones de dólares.
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OY CONTAMOS CON MUCHOS DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS QUE 25 AÑOS
L OS
serigrafía / papel murillo, 2003
SEMICONDUCTORES
DE LA SERIE “ HABLAR DEL SILENCIO”
Dependiendo de los intereses específicos los materiales pueden clasificarse de formas muy diversas. Desde elpunto de vista de sus propiedades eléctricas podemos hacerlo en tres grandes categorías: aislantes, semiconductores y conductores de la electricidad. Los semiconductores, como su nombre lo indica, son materiales que conducen la electricidad mejor que un aislante pero muy deficientemente en comparación con un metal. Son estudiados por la física del estado sólido, que es uno de los campos deinvestigación más desarrollados tanto a nivel internacional como nacional. No es difícil entender como surgen los diferentes tipos de materiales a partir de las propiedades de los átomos que los forman. Sabemos que podemos describir a los átomos como un núcleo positivo que contiene neutrones y protones y que está rodeado de nubes de electrones organizados en capas
El Dr. Isaac Hernández-Calderón esinvestigador titular del Departamento de Física del www.fis.cinvestav.mx/nanosem. Su correo electrónico es: ihernand@fis.cinvestav.mx
CINVESTAV ,
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AVA N C E Y P E R S P E C T I VA
AVA N C E Y P E R S P E C T I VA
LOS
SEMICONDUCTORES: DE LOS TRANSISTORES A LAS NANOESTRUCTURAS...
Figura 1. Transformación de los niveles atómicos a las bandas de energía de un sólido. En el caso de labanda superior semillena tenemos un metal. En el otro caso un semiconductor o un aislante, dependiendo del valor de Eg.
Figura 2. a) Semiconductor en su estado base a baja temperatura; b) Semiconductor excitado por alguna perturbación externa o por temperatura. El electrón pasa a la banda de conducción dejando un hueco en la banda de valencia; c) Bajo una diferencia de potencial (voltaje) haymovimiento de huecos y electrones en sentidos contrarios.
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alrededor del núcleo. Cada capa electrónica contiene un cierto número de orbitales, siendo éstos definidos por sus números cuánticos y con una ocupación máxima de dos electrones con espín opuesto, obedeciendo el principio de exclusión de Pauli que nos dice que no podemos tener dos electrones con los mismos números cuánticos. Cuandonosotros formamos un sólido a partir de átomos aislados los orbitales de cada átomo se van acomodando de tal forma que no se viole el principio de exclusión de Pauli. Esto significa que los átomos no pueden mantener sus niveles de energía originales, se encimarían unos con otros y tendrían los mismos números cuánticos, por lo tanto se van agrupando en bandas, figura 1. Dependiendo de los átomos...
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