Semiconductores y el acoplamiento Espín-Órbita del
Electrón Semiconductors and Electron Spectroscopy mesh.
Resumen Este trabajo gracias al acoplamiento
espín-órbita del electrón, contundentemente
demuestra que al igual que en los super- conductores, los
portadores de carga eléctrica de los semiconductores
también son pares de electrones. Por ejemplo, si a un
material como el cristal de silicio a quien se le haga un dopaje
tipo N15 con fósforo, elemento este dopante que le aporta
5 electrones de valencia al dopaje, indiscutiblemente tributa al
cristal de silicio un electrón adicional pero es
precisamente so- lo delante del cristal de silicio intacto. Ahora
si a un pedazo también de cristal de silicio por otra
parte le hacemos un dopa- je tipo P13 con átomos de
aluminio, pues en este otro caso el aluminio con 3 electrones de
valencia, indiscutiblemente en el dopaje le hace un aporte
deficiente en un electrón al cristal de silicio, pero esa
deficiencia es solamente con respecto tam- bién al mismo
cristal de silicio virgen. Pero la cuestión cambia
totalmente cuando ponemos por un lado al cristal de silicio
dopado con fósforo, enfrente del material de cristal de
silicio también dopado pero esta vez con el aluminio. Pues
la situa- ción entre ellos es distinta porque el dopado
N15 de fósforo, tendrá entonces relativamente dos
electrones más de diferencia con respecto al dopado P13
del aluminio. Este desnivel es quien nutre la fuerza que alimenta
el flujo de un par de electrones libres desde N15 hacia P13.
Palabras claves: Acoplamiento, Semiconductores,
Espín-Órbita, Par de Cooper. Abstract This work
thanks to the spectroscopy of electron coupling, conclusively
shows that as in superconductors, semiconductors electrical
charge carriers are also pairs of electrons. For example, if a
material like Silicon Crystal to who have a doping type N15 with
phosphorus, the dopant element that gives it 5 electrons from
valencia to doping, unquestionably taxed to Silicon Crystal an
extra electron, but it is precisely only in front of the intact
Silicon crystal. Now if a piece of silica glass on the other hand
we make a doping P13 type with aluminium atoms, as in this other
case aluminum with 3 electrons of va- lencia, arguably in the
doping he makes a poor contribution to an electron to Silicon
Crystal, but this deficiency is only with regard also to the same
Virgin Silicon crystal. But the question changes completely when
we put aside the Crystal of Silicon doped with phosphorus,
opposite also doped Silicon crystal material but with aluminum.
As the situation between them is different because the doped
phosphorus N15, will then have relatively two electrons more than
difference with re- spect to the doped aluminum P13. This
unevenness is who draws strength feeding a couple of free
electrons flow from N15 to P13. Keywords: Coupling,
semiconductors, spectroscopy, Cooper pair. 1. Introducción
1 Iniciamos la introducción de este artículo
precisando que todo su desarrollo estará siempre sostenido
en los principios del anterior trabajo de la energía
atómica Número cuántico magnético del
electrón y el trabajo superconductividad y el acoplamiento
espín-órbita del electrón.
2 2 2 2 Además es preciso decir que este trabajo anterior
del número cuántico está basado en que a
pesar de que el mo- vimiento del electrón representa
globalmente una trayecto- ria circular o elíptica
alrededor del núcleo atómico, el mo- mento angular
intrínseco o espín del mismo electrón, des-
cribe siempre en su desplazamiento un ángulo
cuántico construido en torno al respectivo núcleo
atómico, ángulo cuántico que por resonancia
magnética representa a una propiedad intrínseca de
la relación que existe entre el espín del
electrón y el orbital del mismo, ángulo ? que si se
confi- gura agudo con respecto al núcleo para los
electrones con determinado espín de un orbital, pues
sería suplementario y obtuso de 180-? para los electrones
de la misma energía pero con espines contrarios y en el
mismo orbital. A pesar de que globalmente el electrón
describe trayectorias circulares o elípticas según
sea el subnivel alrededor del núcleo atómico, su
momento angular cumple esa trayectoria pero configurando con
respecto al núcleo atómico, distintos
ángulos cuánticos de espín. El orden en el
valor de los ángulos cuánticos de espín en
la tabla periódica, es que se incrementan de arriba hacia
abajo y de izquierda a derecha. Es tan evidente el hecho de que
el ángulo cuántico es una propiedad
intrínseca que describe la relación
espín-orbita que a medida que el ángulo
cuántico se incrementa al as- cender el electrón de
niveles, los espines contrarios de los electrones están
más ligados y están más cercas y más
apa- reados, constituyendo así un par de Cooper más
compacto, más unido, más ligado. El ángulo
cuántico de espín es una medida que influye tanto
en la cantidad de energía del electrón y el grado
de acopla- miento o apareamiento que une a un par de electrones
en un orbital cualquiera. mo moviéndose más
rápido de lo que ya vienen haciéndolo, porque no
hay estados electrónicos disponibles donde poder subsistir
en movimiento dentro del respectivo átomo. Las anchuras y
potencias de esas distintas bandas prohibidas pueden ser de
diferentes tamaños y depende de varios facto- res entre
ellos está de si el nivel está lleno o no, depende
también de si los electrones se encuentran en el orbital
por pares libres o no, depende también del grado de
aparea- miento entre electrones ya apareados que lo mide el
ángulo cuántico de espín y otro es el tipo
de subnivel de energía porque no todos ellos configuran un
bandgap suficiente- mente y fuerte. El subnivel s es subnivel que
alcanza a con- figurar el bandgap más contundente y
más fuerte que el configurado por el subnivel p y el
perteneciente a este últi- mo, es de mayor envergadura que
el del subnivel d y así sucesivamente. Esta es la
razón del gran tamaño que tienen las bandas
prohibidas existentes después del último nivel de
energía en los gases nobles y además el bandgap
existente entre los niveles llenos de energía casualmente
porque los pares del último nivel están completos.
En el Helio a pesar de tener tan poca masa, tiene una gran carga
nuclear efecti- va, basta con un solo par de electrones s
apareados, preci- samente también cuenta con un gran
ángulo cuántico de espín que es el
más grande del período que los compacta, para
saturar el único nivel de energía con un bandgap
sufi- ciente. Desde el Neón hasta el átomo
sintético de Ununoc- tio, necesitan configurar bandgap que
es distinto. Habrá siempre bandgap entre el primer y
segundo nivel de energía que sería el más
potente, existirá también entre el segundo y tercer
nivel de energía de menor potencia que el anterior,
habrá bandgap entre el 3º y 4º nivel más
débil aun que el anterior, así sucesivamente
irán por niveles configurándose bandgap de menor
intensidad. El bandgap del helio será el de mayor potencia
de todos los bandgap aunque el ángulo cuántico de
espín allí sea regular, le seguirá en
potencia el del neón, a este le seguiría el del
argón y así sucesivamente aparecerán las
configuraciones de bandgap menos intensas hasta llegar al bandgap
de la valencia. Este trabajo anterior propone una ecuación
con quien se calcula la más alta energía de un
electrón que permanece ubicado en un orbital
electrónico existente, en cualquier nivel atómico,
valor que dependería de la relación creada entre
los cuatro números cuánticos y el ángulo
cuántico descrito por los espines en el momento angular
del electrón. Es interesante la circunstancia de que el
número de electro- nes de los niveles de energías
incluso el ultimo nivel, es exactamente el mismo número de
estados disponibles en la En este artículo aclaramos que
el concepto de banda prohi- bida o bandgap, es de los conductores
y superconductores eléctricos que es distinta a la banda
prohibida de los semi- conductores y aislantes, más no
esperamos que esta intui- ción se confunda con el concepto
de energía de enlace ? entre los dos electrones o banda
prohibida superconductora. banda electrónica y
después incluso, después del último nivel de
energía se presenta siempre una banda prohibida o bandgap,
ubicada también por encima de la banda de valen- cia donde
no hay estados electrónicos disponibles por lo pc = Ec =
me c Za yn – Z a (1) tanto, al aplicar un campo eléctrico
externo los electrones no podrían incrementar su
energía y permanecer en el áto- 2 Donde p es la
cantidad de movimiento del electrón, Ec es la
energía cinéti- ca del electrón, me es la
masa del electrón, Z es el número atómico, a
es la constante de estructura fina, yn es la relación
entre n y el ángulo ? descrito
2 2 n = 2 2 y = = 2 2 n por la cantidad de movimiento y el radio
de la órbita del electrón y C es la velocidad de la
luz en el vacío. (n1 – Z )+ (n1+Z ) + 2l – 2 + 2 (l +1) +
4m (2) 2 Donde n es un número no entero, n1 es el
número cuántico principal, Z es el número
atómico, l es el segundo número cuántico y m
es el tercer núme- ro cuántico o número
cuántico magnético. n (n1 – Z )+ (n1+Z) + 2l – 2 +
2 (l+1) + 4m (3) tan ? 2 tan ? Donde yn es la relación
entre n y el ángulo ? descrito por la cantidad de
movimiento y el radio de la órbita del electrón
siendo n un número no entero, n1 es el número
cuántico principal, l es el segundo número
cuánti- co y m es el tercer número cuántico
o número cuántico magnético. 2. Desarrollo
del Tema. CATIÓN DIHIIDROGENO Nos referiremos a este
ión como un ejemplo para tratar de describir con mayor
claridad al enlace covalente de un electrón, que es un
enlace de orden formal de ½. Dicho enlace del
catión dihidrógeno o ión molecular
dihidrógeno H2+, es un enlace covalente especial de un
electrón con orden de enlace formal de ½, es el
mismo enlace que hace virtualmente el boro con los dos
hidrógenos centrales en el diborano y con frecuencia este
mismo enlace, surge en los conductores y semiconductores dopados
tanto con los mate- riales tipo N como en los materiales tipo P.
Se dice en los textos que los hidrógenos centrales del
diborano, hacen enlaces de 3 centros con 2 electrones, sí
eso es así pero, si tenemos en cuenta que esos electrones
del diborano están desapareados, entonces son enlaces tipo
H2+ de 2 centros con la presencia de un electrón
desapareado entre ellos. SEMICONDUCTORES INTRINSECOS Los
semiconductores intrínsecos son cristales
tetraédricos tal como los del diamante en el carbono, los
cristales de 3 silicio o de germanio u otros. Configuran cuatro
enlaces covalentes compartidos entre electrones apareados,
confor- mando cuatro orbitales moleculares que en los campos
eléctricos y en condiciones especiales, se desplazan con
mucha facilidad en la red cristalina como si fueran pares
moleculares de Cooper a través de la diferencia de poten-
cial. El bandgap final que rodea y circunda al germanio, a pesar
de que es distinta al bandgap de los orbitales molecu- lares en
semiconductores intrínsecos, es de mucha menor
contundencia que la del silicio y aunque esta a la vez es
más débil que la del carbono, la del germanio sin
embargo es más fuerte que la del estaño. Sin
embargo, el bandgap atómico entre los distintos niveles de
energía es distinto al de los pares moleculares de Cooper
en los cristales de germanio, enfrente de los cristales de
carbono y de silicio que responden mejor que ellos y de forma
más eficaz a la radiación infrarroja y pueden ser
usados en amplificadores de baja intensidad. Los cristales
tetraédricos formados por los átomos del grupo
catorce (14) son quizá los compuestos químicos
sólidos que en condiciones estándares, configuran
la mayor cantidad disponible de pares moleculares de Coo- per o
los concernientes a pares de electrones que forman orbitales
moleculares que funcionan como pares de cooper, que son los
portadores de carga que utilizan los semicon- ductores
intrínsecos, es por eso que la semiconductividad
intrínseca es inmune al efecto isotópico y es
más, se incre- menta a medida que aumenta la temperatura
del semicon- ductor. Si se somete el cristal de un semiconductor
intrínseco a una diferencia de potencial, si se quiere ver
así se producen dos flujos de direcciones contrarias, en
un sentido la debida al movimiento de los pares de electrones que
le pertenecen a los orbitales moleculares, en sentido contrario
fluyen los huecos que van dejando dichos pares de electrones, es
decir, el concepto de bandas le pertenece es a la cantidad de
energía necesaria para que un par de electrones
moleculares se desplace por la red cristalina del semiconductor
intrínse- co. Se dice un par de electrones moleculares
porque los pares de electrones libres son usados en los
semiconducto- res dopados tipo N, los llamados pares solitarios o
pares de electrones no compartidos. Los pares de electrones
moleculares de Cooper en los semi- conductores
intrínsecos, se mueven desde los propios sitios donde se
encuentran ubicados como orbitales moleculares del espacio
interatómico y si son removidos, pues son in- mediatamente
reemplazados por otros pares, es por eso que a una determinada
temperatura, las velocidades en creación de pares
electrón-huecos y su recombinación, se igualan, de
modo que la concentración intrínseca global de
electrones y huecos en un semiconductor intrínseco,
permanece constan- te y es función exclusiva de la
temperatura en ese tipo de elemento y presión.
nes. Los pares de Cooper en la superconductividad, están
ubica- dos orbitando en pares a los propios orbitales s
atómicos originales. En conductores eléctricos
también los portadores de carga, son electrones apareados
tipo s mientras que en semiconductores intrínsecos por una
parte, son electrones apareados que cumplen en la red
función de orbitales mole- culares y por otra parte, en
semiconductores extrínsecos son pares de electrones
libres. TEORIA DE BANDAS Queremos referirnos a esta teoría
intentando demostrar que el hecho de que nosotros sostengamos que
siempre los elec- trones, tanto los de la conducción
eléctrica en conductores, superconductores,
semiconductores intrínsecos o dopados, siempre esas
partículas se moverán es por pares de electro- nes,
esto no se contradice en nada con la teoría de bandas es
más, al contrario, ambos postulados se sustentan en cuan-
to a semiconductores se trata, ya que si un par de electrones en
un semiconductor quiere alcanzar la banda de conduc- ción,
debe adquirir mucho más energía que si es solamente
un electrón desapareado solitario y la conductividad en
semiconductores es directamente proporcional a la tempera- tura.
Claro que tenemos diferencia con esta teoría en dos puntos
y el primero de ellos es en el hecho de que nosotros sostenemos
que el origen de los pares de electrones en su- perconductores y
conductores eléctricos, no es el mismo molecular de los
semiconductores que es del orden tipo p o hibrido sp, pero
sostenemos que son electrones apareados procedentes del
átomo original y es más, son nativos de los
orbitales atómicos tipo s puros de los conductores
eléctri- cos. Además la conductividad en
conductores y supercon- ductores tiene una relación
inversamente proporcional a la temperatura. Otra diferencia que
tenemos con esta teoría es que así como los
diferentes tipos de semiconductores tienen su bandgap, los
conductores y superconductores también tienen el suyo y es
precisamente el mismo bandgap original entre niveles de
energía que tienen construidos los átomos en el
cero absoluto entre sus niveles de energía. La
teoría de bandas es aquella teoría según la
cual se des- cribe la estructura electrónica de un
material molecular, como una estructura de bandas
electrónicas o bandas de energía. La teoría
se basa en el hecho de que en una molé- cula los orbitales
según la teoría, se solapan produciendo un
número discreto de orbitales moleculares. La teoría
de bandas acepta que la banda de valencia, esté ocupada
por los electrones que forman los enlaces molecu- 4 lares entre
los átomos pero que no intervienen en la conduc-
ción eléctrica. Es bien claro que los electrones
cuando cons- tituyen a los orbitales moleculares, abandonan
inmediata- mente a los átomos originales ya que le quedan
pertene- ciendo es a la molécula en sí más
no al átomo. Además sostiene esa teoría que
la banda de conducción está ocupa- da por los
mismos electrones, pero ya libres de sus átomos es decir,
aquellos electrones que se han desligado totalmen- te de sus
átomos originales pero pueden moverse fácilmente
por toda la red cristalina, entonces ellos en realidad se des-
prenden es de la molécula más no de los
átomos en sí por- que ellos ya no le pertenecen a
ellos sino a las moléculas. Entre la banda de valencia que
es una banda de energía y la banda de conducción,
que es otra banda de energía, podría haber una
brecha o un intervalo en la cantidad de energía, que
sería el bandgap pues, es seguro que existirá en
semi- conductores y tendrá un valor mínimo de un
par de electro- ELEMENTOS DEL GRUPO 14 DE LA TABLA PE- RIODICA
DOPADOS CON ATOMOS DEL GRUPO 15. N5. A este tipo de dopaje lo
vamos a identificar como dopaje tipo N5. El propósito del
dopaje tipo N, es el de producir en el material considerado, una
abundancia de electrones por- tadores de carga eléctrica.
Escojamos a un cristal del grupo 14 como el del silicio. Los
átomos de la red en un cristal del elemento silicio,
establecen cuatro enlaces covalentes com- partidos entre ellos.
Si un átomo como el fósforo que tiene 5 electrones
de valencia, lo incorporamos a la red cristalina en el lugar de
un átomo de silicio, entonces ese átomo de fosfo-
ro también está obligado a establecer los 4 enlaces
covalen- tes compartidos pero se le presenta un problema, que si
lo hace le restaría con respecto al silicio, un
electrón sobrante que no lo puede guardar de forma
desapareada, además tampoco lo puede liberar para que
deambule solitario en la banda interatómica de valencia.
El fósforo Soluciona este problema guardando no a uno sino
a un par de electrones apareados, como un par de electrones
solitarios libres y cumpliendo la ley del octeto establece 3
enlaces covalentes compartidos con los silicios adyacentes y deja
que uno solo de los 4 enlaces de la red, quede como aquel enlace
cova- lente del H2+ con un solo electrón ajeno, que tiene
un orden de enlace formal de ½ con uno de los
átomos de silicios. Este par de electrones libres del
fósforo, serían los portado- res mayoritarios de la
red y con las mismas funciones del
par de Cooper pues estarían disponibles para la
conducción eléctrica. Nótese que a pesar de
que el par de electrones libres no compartidos los pone el
ión dopante, los pierde el átomo porque ya no le
pertenecen, ellos permanecen en orbitales moleculares y
pertenecen a la molécula. A éste fósforo
debido a un enlace fraccionario de ½, lo hace ser
parcialmente negativo e inmóvil y como el silicio
adyacente adopta una carga compensatoria también
parcialmente posi- tiva, por esto el material dopado tipo N
generalmente tiene una carga eléctrica neta final de cero.
Nótese también la importancia que tiene en los
semiconductores dopados, el enlace de ½ del H2+. La
presencia de un par solitario en el fósforo, provoca una
fuerte repulsión electrostática sobre los
electrones que se encuentran formando enlaces, forzando a que
esto enlaces traten de aproximarse entre si, como con- secuencia
los ángulos de enlaces se alteran produciendo, una
asimetría estructural de la molécula y en la
distribución de carga que causa una polaridad adquirida.
Nótese también que a pesar de que en este dopaje
tipo N5 el fosforo guarda un par de electrones libres, a
él solo le sobra es un electrón, sí, le
sobra un solo electrón, pero solamente le sobra es con
respecto al cristal de silicio que el dopa más no con otro
tipo de dopaje tipo P. ELEMENTOS DEL GRUPO 14 DE LA TABLA PE-
RIODICA DOPADOS CON ATOMOS DEL GRUPO 13. P3. A este tipo de
dopaje lo vamos a identificar como dopaje tipo P3. El
propósito en el dopaje tipo P, es el de crear abundancia
de huecos. En el caso del cristal de silicio que tiene un
átomo tetravalente, que se le une un átomo como el
aluminio que tiene solo 3 electrones de valencia y se incor- pora
a la red cristalina, tal como si fuera un átomo de
silicio. Ese átomo de aluminio que tiene allí la
obligación de cum- plir con los 4 enlaces covalentes
compartidos del silicio pero cuenta con solo tres electrones
disponibles. Entonces igual que el fósforo en el dopaje
tipo N5, configura a 3 enlaces covalentes compartidos y uno de
los 4 enlaces lo deja como un enlace covalente de un solo
electrón ajeno de un silicio, con un orden de enlace
formal de ½ y además, no necesita guardar
electrones porque ni siquiera le restan. El enlace de ½
también tiene efectos importantes sobre la simetría
de la carga estructural y polaridad de la molécula.
Nótese que en esta red cristalina los huecos del material
dopado son relativos con respecto al fósforo y
serían los portadores mayoritarios que presenta el
ión parcial dopante fraccionariamente negativo de
aluminio. 5 No debe pasar nunca por desapercibido el hecho de que
al aluminio en el dopaje tipo P3, le queda el hueco es solo para
un electrón, si pero es solo con respecto al silicio
más no con respecto a un dopaje tipo N5. ELEMENTOS DEL
GRUPO 14 DE LA TABLA PE- RIODICA DOPADOS CON ATOMOS DEL GRUPO 16.
N6. A este tipo de dopaje lo vamos a identificar como dopaje tipo
N6. El propósito del dopaje tipo N, es el de producir en
el material considerado, una abundancia de electrones por-
tadores de carga eléctrica. Consideremos para esto el caso
del silicio. Los átomos de la red en un cristal del
elemento silicio que establecen cuatro enlaces covalentes entre
ellos. Si un átomo como el azufre de 6 electrones de
valencia, lo incorporamos a la red cristalina en el lugar de un
átomo de silicio, entonces ese átomo de azufre
también está obligado a establecer los 4 enlaces
covalentes pero se le presenta un problema con la ley del octeto
y porque le restan dos elec- trones sobrantes. Soluciona este
problema guardando a dos pares de electrones como pares
solitarios libres apareados y establece que los 2 electrones
restantes sean utilizados en dos enlaces covalentes compartidos
en la red con los sili- cios, además configuraría
dos enlaces covalentes especiales de un electrón ajeno de
orden formal de ½. Estos dos pares de electrones libres
del átomo donador de azufre, serían los portadores
mayoritarios de la red y con las mismas funcio- nes del par
molecular de Cooper. Nótese que a pesar de tener un par de
electrones libres el ión dopante del semicon- ductor,
éste átomo sigue siendo totalmente neutro e
inmóvil y el material dopado tipo N igualmente tiene una
carga eléctrica neta final de cero. Téngase cuidado
que a pesar de que el átomo de azufre como ión
dopante, en el dopaje tipo N6 le sobran dos elec- trones libres
con respecto al silicio, en este tipo de dopaje tipo N6, sin
embargo, a pesar de eso le sobran 3 electrones con respecto a un
dopaje tipo P3 y 4 electrones con respec- to a un dopaje tipo P2.
ELEMENTOS DEL GRUPO 14 DE LA TABLA PE- RIODICA DOPADOS CON ATOMOS
DEL GRUPO 12. P2.
restaría un solo electrón al bromo, con él
establece un enla- ce covalente compartido con un silicio y 3
enlaces de ½ con A este tipo de dopaje lo vamos a
identificar como dopaje tipo P2. El propósito en el dopaje
tipo P, es el de crear abundancia de huecos. En el caso del
cristal de silicio con un átomo tetravalente, que se le
une un átomo como el magnesio o el cadmio que tienen solo
2 electrones tipo s de valencia y se incorpora a la red
cristalina, tal como si fuera un átomo de silicio. Ese
átomo de magnesio que tiene allí la
obligación de cumplir con 4 enlaces covalentes pero cuenta
con solo dos electrones disponibles. Entonces configura, igual
que el azufre en el dopaje tipo N, a dos de los 4 enla- ces como
enlaces covalentes compartidos y a los dos enla- ces restantes,
como enlaces covalentes de un solo electrón ajeno, con
orden de enlace formal de ½ y además, tampoco
necesita guardar electrones porque no le restan. Nótese
que en esta red cristalina los huecos serían los
portadores mayo- ritarios que presenta el ión parcial
dopante elementalmente negativo de magnesio. Nótese que a
pesar de que a un dopaje tipo P2 le quedan dos huecos para dos
electrones con respecto al silicio, tam- bién le restan 3
huecos para 3 electrones con respecto a un dopaje tipo N5,
además le quedan 4 huecos con respecto a un dopaje tipo N6
y 5 huecos con respecto a un dopaje tipo N7. ELEMENTOS DEL GRUPO
14 DE LA TABLA PE- RIODICA DOPADOS CON ATOMOS DEL GRUPO 17. N7. A
este tipo de dopaje lo vamos a identificar como dopaje tipo N7.
El propósito del dopaje tipo N, es el de producir en el
material considerado, una abundancia de electrones por- tadores
de carga eléctrica. Consideremos para esto el caso del
silicio. Los átomos de la red en un cristal del elemento
silicio, establecen cuatro enlaces covalentes entre ellos. Si un
átomo como el bromo o el yodo de 7 electrones de va-
lencia, lo incorporamos a la red cristalina en el lugar de un
átomo de silicio, entonces ese átomo de bromo
también está obligado a establecer los 4 enlaces
covalentes pero se le presenta un problema, que si quiere cumplir
la ley del octeto le restarían 3 pares de electrones
sobrantes que no lo puede guardar de forma desapareada,
además tampoco los puede liberar a que deambulen en la
banda interatómica de valen- cia. Soluciona este problema
guardando 3 pares de electro- nes libres, solitarios, que para
poderlos guardar necesaria- mente deben estar apareados en el
átomo de bromo. Le 6 un solo electrón ajeno.
Quedando así 3 pares de electrones libres y serían
los portadores mayoritarios de la red y con las mismas funciones
del par de Cooper pues estarían dis- ponibles para la
conducción eléctrica semiconductora. De- bido a los
3 enlaces fraccionarios de ½ que lo hace ser par- cial y
fraccionariamente negativo e inmóvil y el silicio ad-
yacente adopta una carga compensatoria parcialmente posi- tiva,
por esto el material dopado tipo N generalmente tiene una carga
eléctrica neta final de cero. Nótese que a pesar de
que el material con dopaje tipo N7, le sobran 3 electrones libres
con respecto al silicio, aun le subsisten 4 electrones libres con
respecto al dopado P3 y 5 electrones sobrantes con respecto al
dopado P2. ELEMENTOS DEL GRUPO 14 DE LA TABLA PE- RIODICA DOPADOS
CON ÁTOMOS DEL GRUPO I. P1. A este tipo de dopaje lo vamos
a identificar como dopaje tipo P1. El propósito en el
dopaje tipo P, es el de crear abundancia de huecos. En el caso
del cristal de silicio con un átomo tetravalente, que se
le une un átomo monovalente como el sodio o el potasio que
tiene solo 1 electrón de va- lencia y se incorpora a la
red cristalina, tal como si fuera un átomo de silicio. Ese
átomo de sodio que tiene allí la obli-
gación de cumplir con los 4 enlaces covalentes compartidos
pero cuenta con solo un electrón disponible. Entonces
igual que el bromo en el dopaje tipo N, configura a un enlace
covalentes compartidos y 3 enlaces covalente de un solo
electrón ajeno de un silicio, con un orden de enlace
formal de ½ y además, no necesita guardar
electrones porque ni siquiera le restan. Los enlace de ½
también tiene efectos importantes sobre la simetría
de la carga estructural y pola- ridad de la molécula.
Nótese que en esta red cristalina los huecos del material
dopado son relativos con respecto al bromo o al yodo y
serían los portadores mayoritarios que presenta el
ión parcial dopante fraccionariamente negativo.
Nótese que a pesar de que a un dopaje tipo P1 le quedan 3
huecos para 3 electrones con respecto al silicio, también
le restan 4 huecos para 4 electrones con respecto a un dopaje
tipo N5 , además le quedan 5 huecos con respecto a un
dopa- je tipo N6 y 6 huecos para 6 electrones con respecto a un
dopaje tipo N7.
con un dopaje tipo P3, a través del dopaje con un elemento
tal como el aluminio del grupo del boro. Nótese
también que las respectivas configuraciones estruc-
turales de la red cristalina tipo N y tipo P, cuando los
áto- mos dopantes pertenecen a los grupos vecinos
inmediatos de la tabla periódica, las estructuras
cristalinas son total- mente idénticas y del mismo signo,
a medida que alejan los grupos dopantes de la tabla
periódica, van siendo más nega- tivos. 5- LA QUINTA
GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es que partiendo de su
postulado de que siempre los portadores de carga eléctrica
son pares de electrones libres, presenta la estructura predictiva
que tendría un cristal de silicio sucio con un dopaje tipo
P2, a través del dopaje con un elemento tal como el cadmio
de los elementos de transición o un alcalinotérreo
tal como el magnesio. 3- Conclusiones: 6- LA SEXTA GRAN
CONCLUSIÓN de este trabajo es que partiendo de su
postulado de que siempre los portadores de carga eléctrica
son pares de electrones libres, presenta la estructura predictiva
que tendría un cristal de silicio sucio 1- LA PRIMERA GRAN
CONCLUSIÓN de este trabajo es que partiendo de su
postulado de que siempre los portadores de carga eléctrica
son pares de electrones libres, presenta la con un dopaje tipo
P1, a través del dopaje con un elemento alcalino tal como
el potasio o también podría ser el mismo cobre.
estructura predictiva que tendría un cristal de silicio
sucio con un dopaje tipo N7, a través del dopaje hecho con
un halógeno tal como el cloro, yodo o el bromo. 7- LA
SEPTIMA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es que partiendo
de su postulado de que siempre los portadores de carga
eléctrica son pares de electrones libres, presenta un 2-
LA SEGUNDA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es que
partiendo de su postulado de que siempre los porta- dores de
carga eléctrica son pares de electrones libres, pre- senta
la estructura predictiva que tendría un cristal de silicio
diseño predictivo ejemplar que tendría una
unión PN con dos electrones de diferencia entre un cristal
de silicio sucio con un dopaje tipo N5, enfrente de un cristal de
silicio puro que tenga esta vez un dopaje tipo P3. sucio con un
dopaje tipo N6, a través del dopaje con un elemento tal
como el azufre que pertenece al grupo del oxigeno. 8- LA OCTAVA
GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es que partiendo de su
postulado de que siempre los portadores 3- LA TERCERA GRAN
CONCLUSIÓN de este trabajo es que partiendo de su
postulado de que siempre los portadores de carga eléctrica
son pares de electrones libres, presenta la estructura predictiva
que tendría un cristal de silicio sucio con un dopaje tipo
N5, a través del dopaje con un elemento tal como el
fósforo del grupo del nitrógeno. 4- LA CUARTA GRAN
CONCLUSIÓN de este trabajo es que partiendo de su
postulado de que siempre los portadores de carga eléctrica
son pares de electrones libres, presenta la estructura predictiva
que tendría un cristal de silicio sucio 7 de carga
eléctrica son pares de electrones libres, presenta un
diseño predictivo ejemplar que tendría un
semiconductor que tendría un (1) solo electrón de
diferencia y por lo tanto jamás habría un
rendimiento electrónico adicional al intrín- seco
entre un cristal de silicio con un dopaje tipo N5, en- frente de
un cristal de silicio intacto sin dopar es decir, con un dopaje
tipo P4 o si se quiere también podríamos
señalar que tiene un dopaje tipo N4. Como los portadores
de la carga eléctrica en los semiconductores, son por lo
menos un par de electrones apareados, entonces un transistor
formado entre N5-N4 o si se quiere decir N5-P4, entre ellos no
hay flujo electrónico adicional al intrínseco ya
que el dopaje no alcanza de llegar a tener un par de electrones
de diferencia.
tas entre los elementos del grupo VII y el grupo I como el 9- LA
NOVENA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es que partiendo de
su postulado de que siempre los portadores de carga
eléctrica son pares de electrones libres, presenta un
diseño anunciado de una unión PN que
contaría predicti- vamente con dos (2) pares de electrones
libres de diferen- cia, formado por un cristal de silicio que
tenga un dopaje tipo N7 a través de las impurezas de un
halógeno tal como el yodo o el bromo enfrente, de un
cristal de silicio con dopaje tipo P3 contaminado con un elemento
tal como el aluminio. Esto sería un semiconductor con
dopaje tipo N7- P3. No es lo mismo ni tiene el mismo rendimiento
utilizar esta unión PN anterior, que las aleaciones
directas ya cono- cidas entre los elementos del grupo VII y el
grupo III por ejemplo, el bromuro de talio. 10- LA DECIMA GRAN
CONCLUSIÓN de este trabajo es que partiendo de su
postulado de que siempre los portadores de carga eléctrica
son pares de electrones libres, presenta un diseño
anunciado de las llamadas uniones PN que contarían
predictivamente con (2,5) dos pares y medio de electrones libres
de diferencia entre los dos cristales, el primero de ellos
formado por un cristal de silicio que tenga un dopaje tipo N7, a
través de las impurezas de un halógeno tal como el
yodo o el bromo enfrente de otro, el cristal de silicio con
dopaje tipo P2, contaminado con elementos tales como el magnesio,
el cadmio o el zinc. Esto sería una unión PN con
dopaje tipo N7-P2. Tiene más rendimiento esta unión
PN descrita anteriormente, que las aleaciones directas entre
cualquier elemento del grupo VII y el grupo II como el cloruro de
cadmio o el cloruro magnesio. Nótese que como esta
unión N7-P2, no puede mover sino hasta solo dos pares de
electrones libres y tiene 2,5 pares, entonces a ella se le pierde
un electrón que no puede mover. cloruro de cobre o el
cloruro potásico. 11- LA DECIMOSEGUNDA GRAN
CONCLUSIÓN de este trabajo es que partiendo de su
postulado de que siempre los portadores de carga eléctrica
serían pares de electrones libres, sugiere la posibilidad
de poder diseñar dispositivos semiconductores, capaces de
soportar mayores niveles de tensión y corriente que los
actuales. 13- LA DECIMOTERCERA GRAN, PERO GRAN CON-
CLUSIÓN de este trabajo, es que para poder construir o
diseñar la estructura de un buen semiconductor
extrínseco, es necesario construirlo alrededor de un eje
central de un semiconductor intrínseco del grupo IV de la
tabla periódica. Esto permite poder importar
extrínsecamente, una diferen- cia de potencial que
amplifica el flujo de electrones libres entre los cristales
dopados. No más quedaría dependiendo de que la
cantidad de portadores mayoritarios que sería
función directa de la cantidad de los átomos de
impurezas introducidos. 14- LA DECIMOCUARTA GRAN
CONCLUSIÓN de este trabajo es la observación de que
la mayoría de los materia– les semiconductores compuestos
a quienes se les ha obser- vado resultados alentadores, son
aquellos compuestos for- mados por los elementos que están
a la misma distancia electrónica del grupo IV por ejemplo,
compuestos creados por átomos del grupo III y del grupo V
como el nitruro de aluminio, los formados por partículas
procedentes del grupo II y VI como el telururo de cadmio y
finalmente los com- puestos creados a partir de elementos propios
del grupo I y VII como el cloruro de cobre. 10- LA DECIMOPRIMERA
GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es que partiendo de su
postulado de que siempre los portadores de carga eléctrica
son pares de electrones libres, presenta un diseño
anunciado de las llamadas unio- nes PN que contarían
predictivamente con tres (3) pares de electrones libres de
diferencia entre dos cristales, el primero de ellos formado por
un cristal de silicio que tenga un dopa- je tipo N7, a
través de las impurezas de un halógeno tal como el
yodo o el bromo enfrente de otro, el cristal de sili- cio con
dopaje tipo P1, contaminado con elementos tales como el sodio,
potasio o el rubidio. Esto sería una unión PN con
dopaje tipo N7-P1. Tiene más rendimiento esta unión
PN descrita anteriormente, que las aleaciones direc- 8 15- LA
DECIMOQUINTA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo sería
la de proponer a la comunidad académica que se reemplace
la película delgada de telururo de cadmio en las
células solares, por una estratégica unión
NP que conste por un lado de un semiconductor tipo N6 construido
con silicio ampliamente dopado de telurio y por el otro, la pre-
sencia también de silicio pero esta vez que sea lo
suficien- temente dopado con impurezas de cadmio, quedando dise-
ñado el semiconductor como un transistor tipo N6-P2.
[8] Copyright © Derechos Reservados1. 16- LA DECIMOSEXTA
GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo sería la de
proponer a la comunidad académica, que se reemplace
finalmente a ese dispositivo tipo N6-P2 de telurio y cadmio, por
un idéntico dispositivo de silicio típi- co N7-P1
diseñado exclusivamente de un halógeno tal como el
yodo o el bromo y un metal como el rubidio o la plata. Heber
Gabriel Pico Jiménez MD1. Médico Cirujano 1985 de
la Universidad de Cartagena Colombia. Investigador independiente
de problemas biofísicos médicos propios de la
memoria, el apren- dizaje y otros entre ellos la enfermedad de
Alzheimer. Estos trabajos, que lo más probable es que
estén desfasados por la poderosa magia secreta que tiene
la ignorancia y la ingenuidad, sin embargo, como cualquier
representante de la comunidad académi- ca que soy,
también han sido debidamente presentados sobretodo este se
presentó el 13 de Mayo del 2013 en la “Academia
Colom- biana de Ciencias Exactas, Físicas y
naturales” ACCEFYN. 4- Referencias REFERENCIAS DEL
ARTÍCULO. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Superconductividad.
Superconductividad. Alotropía. Alotropía del
Carbono. Alotropía del Oxigeno. Ozono. Diborano
Semiconductores y temperatura. REFERENCIAS DE LA TEORÍA
[1] Número cuántico magnético. [2]
Ángulo cuántico [3] Paul Dirac y Nosotros [4]
Numero cuántico Azimutal monografias [5] Numero
cuántico Azimutal textoscientificos [6] Inflación
Cuántica textos científicos. [7] Números
cuánticos textoscientíficos.com. [8]
Inflación Cuántica Monografías [9] Orbital
Atómico [10] Números Cuánticos. [11]
Átomo de Bohr. [12] Líneas de Balmer. [13]
Constante Rydberg. [14] Dilatación gravitacional del
tiempo. [15] Número Cuántico magnético. [16]
Numero Cuántico Azimutal. 9