Enlaces ionicos

Uno de las modos principales de enlaces moleculares es la forma ionica en la cual uno (o varios atomos electropositivos) ceden electrones a otros (electronegativos) para formar moleculas en las cuales sus atomos se mantienen unidos debido a la polaridad electrica que cada uno de los adquiere con su union.
Es decir los atomos que ceden electrones quedan cargados positivamente, y los que capturan electrones quedan cargados negativamente lo que les atrae y mantiene unidos.
Ello implica que se creen moleculas bipolares, con un lado de caracter positivo (por el lado que ocupan los atomos con carga positiva) y con el otro lado con caracter negativo (por el lado que ocupan los atomos con carga negativa).

Pues bien, estas moleculas bipolares tienen logicamente muchas propiedades inherentes a su bipolaridad.
Una de ellas es que pueden unirse entre ellas mediante su polaridad (union del lado positivo de una con el lado negativo de la vecina +/-) para formar redes cristalinas bastante compactas. (+-+-+-+-+-+-+-+-+-)

Ahora bien, podriamos preguntarnos:
Que ocurre si queremos hacer pasar una corriente electrica por estos materiales formados por redes cristalinas bipolares?
Que si intentamos pasar una corriente que entre por el lado positivo de la red cristalina, pues con mas o menos potencial la corriente podra introducirse en el material y pasar a traves de el.
Pero si lo intentamos por el lado negativo la corriente no podra pasar ya que sera rechazada por el potencial negativo de este lado.
Es decir, este tipo de materiales bipolares tiene cierta capacidad de transmitir una corriente, pero solo en una direccion.
Y es precisamente esta propiedad de polaridad la usada comunmente para la fabricacion de diodos y transistores.

Diodos y transistores

Como hemos visto la simple propiedad de la bipolaridad hace que estos materiales pueden funcionar como diodos naturales, es decir, que puedan conducir la corriente electrica en solo una direccion.
Prueba de ellos es la galena (Pb.S) formada por atomos de plomo y azufre.
En ella los atomos del plomo ceden electrones a los de azufre quedando asi los de plomo cargados positivamente y con capacidad de admitir a los electrones de una corriente electrica exterior.

Con este principio funcional del diodo se pueden construir multiples tipos de dispositivos como las diferentes clases de transistores.
Como es logico, la diversidad de materiales bipolares es muy amplia ya que existen muchos elementos quimicos que pueden formar este tipo enlaces.
No obstante seran mejores aquellos tipos de atomos centrales en la tabla periodica que por un lado puedan ceder y captar facilmente electrones, que ademas tengan amplias capas de valencia por donde circular los electrones libres, etc.

Es decir, habra muchos materiales propicios para este uso, pero siempre y para cada caso habra unos mas adecuados que otros.

Tecnologia en semiconductores: transistores

Varios son los elementos materiales o elementos y sus ajustes usados en la construccion de semiconductores, pero a modo informativo expondremos lo mas general desde un punto de vista estructural o electronico:

En general los semiconductores se fabrican con un material basico como son los cristales de silicio y germanio, pero completandolos con las mal llamadas impurezas que son otra clase de elementos quimicos muy proximos en la tabla periodica de los elementos, que sirven para aportar electrones al conjuntos o contrariamente para adquirir electrones del conjunto, es decir, para ceder o ser depositantes de electrones.

En este caso podemos decir que las impurezas son de dos tipos:

-- Los primeros (P), los donantes de electrones a la union ionica, deben ser elementos quimicos mas electropositivos que el silicio (germanio) y situados en un grupo anterior en la tabla de elementos, como por ejemplo el aluminio, galio o indio.
Asi si unimos silicio y aluminio, el silicio por ser mas electronegativo tirara y capturara los electrones del aluminio y ser convertira en negativo con capacidad de cesion de estos electrones a la corriente electronica.

--Los segundos (N), los aceptantes de electrones en la union ionica, deben ser elementos quimicos mas electronegativos que el silicio (germanio), y por tanto con capacidad de capturar los electrones del silicio, quedar con carga de electrones y actuar como donante de electrones a la corriente electrica.
Asi si unimos silicio y fosforo, el fosforo por ser mas electronegativo capturara los electrones del silicio (o germanio) y se convertira en negativo (almacen de electrones) con capacidad de cesion de estos electrones a la corriente electrica.

Pues bien estos tipos de enlaces y materiales los denominamos con las letras (P) y (N)

Seran P (aluminio, galio, indio, etc.) los que siendo mas electropositivos que el semiconductor basico de silicio (o germanio) pueden ceder electrones al silicio y convertir al mismo (Si) en almacen de electrones para cederlos posteriormente a la corriente electrica.

Seran N (fosforo, arsenico, etc.) elementos mas electronegativos que el semiconductor basico de silicio (o germanio) y por tanto pueden capturar electrones del silicio para convertirse en almacen de electrones y cederlos despues a la corriente electrica.

Ahora bien, en la construccion de transistores, se usan estos dos tipos de asociacion P y N pero con muy distinta cantidad de impurezas segun el transistor a construir, y tambien con muy diferente modo de union y polarizacion (potencial electrico aplicado a cada elemento) segun las cualidades que deseemos tengan los transistores.

En general en las construccion de transistores se usan dos tipos de union con tres elementos cada una, y que son PNP y NPN, donde el modulo central (letra central) es la Base, y de los otros dos uno es Emisor y el otro el Colector.
El Emisor es la entrada que recibe la corriente del exterior,
El Colector es la salida de la corriente, y
La Base es quien con su potencial regular el paso de dicha corriente.

Como hemos dicho, con distinta y adecuada polarizacion (carga electrica) de cada uno de los elementos se pueden conseguir distintos y adecuados transistores para el trabajo requerido.
En este caso debemos volver a insistir en que el modulo central o base B ejecuta un trabajo importante de regulacion de las corrientes, ganancias del transistor, etc.

Funcionamiento electronico de los transistores.

La teoria funcional de los transistores puede considerarse muy simple.
Los materiales semiconductores de que estan construidos los transistores, y como su nombre indica, no son grande conductores de la electricidad sino que tienen cierta resistencia a la corriente electrica.
Esto que en principio podria parecer una gran desventaja pues no lo es realmente, ya que admiten la posibilidad de aumentar o disminuir esta resistencia al paso de corriente si ademas polarizamos (positiva o negativamente) cualquiera de los modulos del transistor por donde ha de pasar la corriente.
En este caso, y como dijimos, si el modulo central y base B del transistor por el que ha de circular la corriente lo polarizamos negativamente, entonces esta polarizacion aumentara en gran manera la resistencia al paso de la corriente que tambien es negativa (electrones).
Es decir, podemos hacer aumentar y disminuir la corriente de paso polarizando la base, de tal forma que una minima polarizacion en base puede dar una variacion de paso de corriente bastante importante.

Normalmente los cristales semiconductores no guardan forma lineal sino tetraedrica como se ve en el dibujo, pero la funcionalidad es similar

Cargas negativas y huecos

Otra forma que explicar a menudo esta misma propiedad es la de usar el termino "HUECO" en lugar de carga positiva.
En los enlaces ionicos, si un atomo cede un electron entonces en su lugar queda el hueco que antes ocupaba dicho electron.
Pero claro, este hueco representa y es a su vez una carga positiva que atraera a cualquier electron cercano.
Luego entonces las cargas positivas estaran situadas en los huecos u orbitas de los atomos y no en su nucleo central.
Y precisamente eso es lo que sostiene mi teoria atomica cuando dice: