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.
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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.