Cuando pensamos en dispositivos electrónicos, a menudo pensamos en qué tan rápido funcionan estos dispositivos o durante cuánto tiempo podemos operar el dispositivo antes de recargar la batería. Lo que la mayoría de la gente no piensa es de qué están hechos los componentes en sus dispositivos electrónicos. Si bien cada dispositivo es diferente en su construcción, todos estos dispositivos tienen algo en común: circuitos electrónicos con componentes que contienen los elementos químicos silicio y germanio.
TL; DR (Demasiado tiempo; No lo leí)
El silicio y el germanio son dos elementos químicos llamados metaloides. Tanto el silicio como el germanio se pueden combinar con otros elementos llamados dopantes para crear dispositivos electrónicos de estado sólido, como diodos, transistores y células fotoeléctricas. La diferencia principal entre los diodos de silicio y germanio es la tensión necesaria para que el diodo se encienda (o se vuelva "polarizado hacia delante"). Los diodos de silicio requieren 0.7 voltios para polarizarse hacia adelante, mientras que los diodos de germanio requieren solo 0.3 voltios para polarizarse hacia adelante.
Cómo hacer que los metaloides conduzcan corrientes eléctricas
El germanio y el silicio son elementos químicos llamado metaloides. Ambos elementos son frágiles y tienen un brillo metálico. Cada uno de estos elementos tiene una capa externa de electrones que contiene cuatro electrones; esta propiedad del silicio y el germanio dificulta que uno de los elementos en su forma más pura sea un buen conductor eléctrico. Una forma de hacer que un metaloide conduzca la corriente eléctrica libremente es calentarlo. Agregar calor hace que los electrones libres en un metaloide se muevan más rápido y viajen más libremente, permitiendo que la corriente eléctrica aplicada fluya si la diferencia de voltaje a través del metaloide es suficiente para saltar a la banda de conducción.
Introducción de dopantes al silicio y Germanio
Otra forma de cambiar las propiedades eléctricas del germanio y el silicio es introducir elementos químicos llamados dopantes. Elementos como boro, fósforo o arsénico se pueden encontrar en la tabla periódica cerca del silicio y el germanio. Cuando se introducen los dopantes en un metaloide, el dopante proporciona un electrón extra a la capa de electrones externa del metaloide o priva al metaloide de uno de sus electrones.
En el ejemplo práctico de un diodo, una pieza de el silicio está dopado con dos dopantes diferentes, como el boro en un lado y el arsénico en el otro. El punto donde el lado dopado con boro se encuentra con el lado dopado con arsénico se denomina unión P-N. Para un diodo de silicio, el lado dopado con boro se denomina "silicio de tipo P" porque la introducción de boro priva al silicio de un electrón o introduce un "agujero" de electrones. Por otro lado, el silicio dopado con arsénico se denomina "N tipo de silicio "porque agrega un electrón, lo que hace que sea más fácil que fluya la corriente eléctrica cuando se aplica voltaje al diodo.
Dado que un diodo actúa como una válvula unidireccional para el flujo de corriente eléctrica, debe haber un diferencial de voltaje aplicado a las dos mitades del diodo, y debe aplicarse en las regiones correctas. En términos prácticos, esto significa que el polo positivo de una fuente de alimentación debe aplicarse al cable que va al material de tipo P, mientras que el polo negativo debe aplicarse al material de tipo N para que el diodo conduzca la electricidad. Cuando la energía se aplica correctamente a un diodo, y el diodo está conduciendo corriente eléctrica, se dice que el diodo está polarizado hacia adelante. Cuando los polos negativo y positivo de una fuente de alimentación se aplican a los materiales de polaridad opuesta de un polo positivo a un diodo al material de tipo N y al polo negativo al material de tipo P, un diodo no conduce una corriente eléctrica, una condición conocida como reverse-bias.
La diferencia entre germanio y silicio
La principal diferencia entre germanio y diodos de silicio es la tensión a la que la corriente eléctrica comienza a fluir libremente a través del diodo. Un diodo de germanio típicamente comienza a conducir corriente eléctrica cuando el voltaje aplicado correctamente a través del diodo alcanza 0.3 voltios. Los diodos de silicio requieren más voltaje para conducir la corriente; se necesitan 0,7 voltios para crear una situación de polarización directa en un diodo de silicio.
