Conductores

Sección 2-1. Conductores: Un átomo de cobre neutro tiene solamente un electr6n en su orbital exterior. Como este único electr6n puede desligarse fácilmente de su átomo, se le da el nombre de electr6n libre. El cobre es un buen conductor porque incluso la tensi6n mas pequeña hace que electrones libres fluyan de un átomo al siguiente.

Orbitales estables: El núcleo atómico atrae a los electrones orbitales (Fig. 2-1). Estos no caen hacia el núcleo debido a la fuerza centrifuga (hacia fuera) creada por su movimiento orbital. Cuando un electrón se halla en un orbital estable, la fuerza centrifuga equilibra exactamente la atracci6n eléctrica ejercida por el núcleo. La idea es similar a un satélite en órbita alrededor de la tierra, que a la velocidad y altura adecuadas, puede permanecer en una orbital estable sobre la tierra. Cuanto más lejana es la órbita de un electrón menor es la atracci6n del núcleo. Los electrones de los orbitales más alejados del centro se mueven a menor velocidad, produciendo menos fuerza centrifuga

La parte interna: En electrónica, lo único que importa es el orbital exterior, el cual también se denomina orbital de valencia. Es este orbital exterior el que determina las propiedades eléctricas del átomo. Para subrayar la importancia de dicho orbital de valencia, se define la parte interna de un Átomo como el n6cleo más todos 10s orbitales internos. Para un Átomo de cobre, la parte interna es el núcleo (+29) y 10s tres primeros orbitales (-28). La parte interna de un átomo de cobre tiene una carga resultante de +1, porque tiene 29 protones y 28 electrones internos. La Figura 2-2 permite visualizar la parte interna y el orbital de valencia de un átomo. El electrón de valencia se encuentra en un orbital exterior alrededor de la parte interna y tiene una carga resultante de +l. A causa de ello, la atracci6n que sufre el electrón de valencia es muy pequeña.

Electrón libre: Como el electrón de valencia es atraído muy débilmente por la parte interna del Átomo, una fuerza externa puede arrancar fácilmente este electrón, a1 que se le conoce como electrón libre, y, por eso mismo, el cobre es un buen conductor. Incluso la tensión más pequeña puede hacer que los electrones libres de un conductor se muevan de un átomo al siguiente. Los mejores conductores son la plata, el cobre y el oro.

Sección 2-2. Semiconductores: El silicio es el material semiconductor más utilizado. El átomo de silicio aislado tiene 4 electrones en su orbital exterior o de valencia. El numero de electrones en el orbital de valencia es la clave de la conductividad. Los conductores tienen un electr6n de valencia, los semiconductores 4 y los aislantes poseen 8.

Germanio: El germanio es un ejemplo de semiconductor. Tiene cuatro electrones en su orbital de valencia. Hace unos años el germanio era el único material adecuado para la fabricaci6n de dispositivos de semiconductores. Sin embargo, estos dispositivos de germanio tenían un grave inconveniente, que no pudo ser resuelto por los ingenieros: su excesiva corriente inversa (que se discutirá en una secci6n posterior). Más tarde, otro semiconductor, el silicio, se hizo más práctico dejando obsoleto al germanio en la mayoría de las aplicaciones electrónicas.

Silicio: Después del oxigeno, el silicio es el elemento más abundante de la tierra.

Sin embargo, existieron algunos problemas que impidieron su uso en los primeros días de los semiconductores. Una vez resueltos, las ventajas del silicio (discutidas posteriormente) lo convirtieron inmediatamente en el semiconductor a elegir. Sin él, la electrónica moderna, las comunicaciones y los ordenadores serian imposibles.

Un Átomo de silicio aislado tiene 14 protones y 14 electrones. En la

Figura 2-3a el primer orbital contiene 2 electrones y el segundo 8. Los 4 electrones restantes se encuentran en el orbital de valencia. En la Figura

2-3a, la parte interna tiene una carga resultante de +4 porque contiene 14 protones en el núcleo y 10 electrones en 10s dos primeros orbitales.

La Figura 2-3b muestra la parte interna de un Átomo de silicio. Los 4 electrones de valencia nos indican que el silicio es un semiconductor.

Sección 2-3. Cristales de silicio: Cada átomo de silicio en un cristal tiene sus 4 electrones de valencia más cuatro electrones compartidos con los Átomos vecinos. A temperatura ambiente, un cristal puro de silicio tiene solo unos pocos electrones libres y huecos producidos térmicamente. El tiempo que transcurre entre la creación y la recombinación

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