¿Qué es un semiconductor, qué tiene que ver con el hardware de la computadora?

Los semiconductores son materiales especiales, típicamente hechos de cristales con impurezas añadidas, que están diseñados para tener propiedades cuánticas y eléctricas particulares. Esencialmente, cambian la forma en que la electricidad fluye a través del material.

Los semiconductores de tipo N tienen “electrones de repuesto”. Esencialmente, el material está estructurado de tal manera que fuerza a los electrones a formar enlaces inusuales que hacen que los orbitales sean inestables, pero que se cargan positivamente si los orbitales se vacían, arrastrando los electrones hacia adentro. Esto permite que los electrones se muevan fácilmente.

Los semiconductores de tipo P son similares, excepto que son forzados a una estructura donde hay muy pocos electrones para formar enlaces estables, haciendo “agujeros” en los orbitales. Los electrones pueden venir y llenar estos agujeros, pero crearán otro agujero en el proceso o harán que el átomo se cargue negativamente, lo que dificultará que el electrón permanezca en el orbital. Esto también hace que los electrones se muevan más fácilmente, sin embargo, debido a cómo se comporta, es más fácil pensar que los agujeros se mueven, en la dirección opuesta a la corriente eléctrica.

Cuando un semiconductor de tipo P y un semiconductor de tipo N se encuentran, los electrones de repuesto en el semiconductor de tipo N pueden saltar a los agujeros del semiconductor de tipo P y permanecer allí en un estado relativamente estable. Esto se llama zona de agotamiento, que tiene carga negativa. Esto disminuye la conductividad.

La combinación de diferentes tipos de semiconductores le permite construir todo tipo de componentes eléctricos diferentes que aprovechan esto. Al pasar las corrientes a través de las diferentes regiones en diferentes direcciones, puede mover los electrones y los agujeros para cambiar el tamaño de la zona de agotamiento, lo que aumenta o disminuye la conductividad de un área determinada del circuito.

Por ejemplo, los diodos funcionan mediante la disposición de los semiconductores de manera que la corriente de una manera hace que el circuito sea más conductivo, y la otra forma lo hace más aislante. Por lo tanto, normalmente permite que la corriente fluya solo de una manera. Los transistores tienen alternativamente dos entradas y una salida; una entrada controla la conductividad entre la otra entrada y la salida, lo que le permite encender y apagar la corriente. ¡La mejor parte es que no tiene partes móviles, por lo que es inmune a fallas mecánicas!

Los transistores forman la base de la mayoría del hardware de la computadora. Al combinarlos de varias maneras, puede formar puertas lógicas, con un gran número de cables de entrada y salida y con un comportamiento predecible (por ejemplo: si las entradas A y B están activadas, la salida C estará activada y D estará desactivada, etc. .). Su microprocesador típico no es mucho más que una red de miles de millones de transistores extremadamente pequeños (decenas de átomos a través de estos días) conectados por capas de cables dispuestos para conectar los transistores a las puertas. Luego, estas puertas se combinan en circuitos más complejos que pueden sumar, restar, almacenar información, etc.

En general, los objetos pueden conducir electricidad o no. La mayoría, si no todos, los metales conducen electricidad. No se pueden fabricar metales para no conducir electricidad. Cosas como la madera, el papel, la mayoría de los plásticos, la mayoría de las rocas, el aire son aislantes, ya que no conducen electricidad.

Los semiconductores se nombran porque pueden actuar como aislantes o conductores. Lo único es que pueden hacerse conducir o aislar mediante la aplicación de una carga eléctrica. Imagina un interruptor de luz. Cuando desee encender la luz, presione el interruptor; las luces se encenderán. El interruptor permite que la electricidad fluya desde la caja de fusibles hacia la luz donde la electricidad crea luz. Apague el interruptor, y el interruptor detiene (aísla) el flujo de electricidad a la luz.

Un semiconductor puede hacer lo mismo: permitir el flujo de electricidad o detener el flujo de electricidad mediante un pulso de corriente eléctrica. Lo que hace que esto sea importante en el hardware de la computadora es que esta capacidad de hacer ambas cosas puede hacerse extremadamente pequeña. Actualmente (sin juego de palabras) tan pequeño como aproximadamente 14 billonésimas de metro de tamaño.

Los semiconductores son la base de los transistores. Aunque el primero tenía aproximadamente 3 pulgadas de diámetro, una vez que el efecto se entendió correctamente, se descubrió que los transistores podían hacerse mucho más pequeños. La forma de controlar los circuitos eléctricos con electricidad antes de los transistores era con tubos de vacío. Piense en la línea del tamaño de un rollo de papel higiénico vacío, medio rollo. Mucho más grande y necesita mucho más corriente. Los transistores han reemplazado los tubos, y debido a su tamaño y al hecho de que están basados ​​en materiales sólidos también son más duraderos. Nació la electrónica de estado sólido.

Las propiedades conductoras / aislantes de los semiconductores son la clave para el hardware de la computadora porque permite la creación de circuitos lógicos que son más pequeños y usan menos energía de la que era posible anteriormente. La puerta lógica más simple es un interruptor. Le das a un transistor energía y se enciende, si no hay energía está apagado. Los interruptores se pueden formar en puertas. Una puerta simple es una puerta “y”. Tiene dos entradas. Si ambas entradas obtienen energía, se enciende. Si no está apagado. Esta es la base de las compuertas lógicas y los circuitos lógicos y hay algunas (compuerta lógica).

Su tarjeta de video puede tener 5 mil millones de transistores. Imagine 5 mil millones de tubos de vacío haciendo el mismo trabajo. Olvídate del tamaño, ¿qué pasa con el hecho de que cada vez que querías jugar un juego, tenías que llamar a todos tus vecinos para que pudieran apagar todo antes de que apagaras todas las luces del vecindario? Apagón parcial, todo porque querías jugar un juego.

Recordemos el tamaño. 5 mil millones de tubos de vacío probablemente llenarían un estadio de béisbol, si no se acercan mucho. Una computadora con tubo de vacío no es realmente factible estar sentada junto a su escritorio; olvide una computadora portátil.

La capacidad de hacer las cosas más pequeñas y construir circuitos lógicos es la razón por la cual los semiconductores son la clave del hardware de la computadora. Sin este descubrimiento ganador del premio nobel, la aceptación masiva de las PC no sería posible. Su teléfono inteligente sería un teléfono fijo con un cable de media milla de largo.

Por cierto, los transistores también pueden amplificar la electricidad. Así que hay otras cosas, como un amplificador estéreo, que también dependen del descubrimiento de semiconductores.

Los semiconductores son materiales muy especiales que le permiten crear interruptores binarios llamados transistores y son la base de toda la informática digital, la memoria y el almacenamiento, desde los supercomputadores electrónicos más simples hasta los masivos. Debido a que los transistores son electrónicos y están cuidadosamente diseñados para evitar la sobrecarga, tienen una vida útil prácticamente infinita en comparación con un interruptor mecánico o un tubo de vacío.

A través del avance en la fabricación de semiconductores, estos transistores se han miniaturizado y se han reducido los costos, como lo describe la Ley de Moore, y nos da la electrónica que tenemos hoy en día que no podría haberse logrado con ninguna otra tecnología conocida.

Los procesadores están diseñados con compuertas y las compuertas están implementadas con MOSFET o simplemente transistores que están formados por semiconductores

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