Siguiendo con nuestro artículo anterior para saber como de pequeños pueden ser las CPUs que usamos en nuestros ordenadores, veremos como funciona una de las partes vitales para comprender esto. Estamos hablando de los transistores. Antes de meternos en las limitaciones físicas de los transistores, es buena idea ver primero de lo que está hecho y lo que hace. Básicamente, un transistor es un conmutador hecho de una serie de materias especiales.
Una manera de como puedes clasificar los materiales usados es ver como de bien puede conducir la electricidad. Esto divide los materiales usados en tres categorías: Conductores, aislantes y semiconductores. Un conductor es cualquier tipo de material hecho de átomos con espacios libres para los electrones.
Una corriente eléctrica puede pasar a través de un material conductor – los metales tienden a ser buenos conductores. Un aislante es materia compuesto por átomos que no tienen espacios disponibles para los electrones. Como resultado, la electricidad no puede pasar a través de estos materiales. Algunos ejemplos son la cerámica y el vidrio.
Los semiconductores son algo diferentes. Están compuestos de material con átomos que tienen algo de espacio para los electrones, pero no suficiente para conducir la electricidad como lo hacen los metales. Bajo algunas circunstancias, la silicona puede actuar como un conductor. Bajo otras circunstancias, funciona como un aislante. Combinando estas circunstancias, es posible controlar el flujo de electrones.
Este simple concepto es la base de los dispositivos electrónicos más avanzados del mundo. Los ingenieros descubrieron que introduciendo ciertos tipos de material en la silicona, podían controlar su conductividad. Empezaron con una base llamada sustrato y lo combinan con material cargado negativamente o positivamente.
Los materiales con carga negativa tienen un exceso de electrones, mientras que los materiales cargados positivamente tienen un exceso de huecos – sitios donde los electrones pueden encajar. Para este artículo, consideraremos un transistor de tipo «n», el cual tiene un sustrato con carga positiva. Este tipo tiene tres terminales; una fuente, un drenador y una puerta.
La puerta se encuentra entre la fuente y el drenador. Actúa como una pasarela por donde el voltaje puede pasar hasta la silicona, pero no al exterior. La puerta tiene una fina capa de aislante llamada capa de óxido que previene que los electrones pasen de nuevo por el terminal.
Cuando aplicas un voltaje positivo en la puerta, atrae los electrones libres en el sustrato cargado positivamente, a la capa de óxido de la puerta. Esto crea un canal de electrones entre los terminales de la fuente y el drenador. Si entonces aplicas un voltaje positivo al drenador, los electrones fluirán de la fuente por el canal de electrones al drenador. Si quitas el voltaje de la puerta, los electrones en el sustrato ya no son atraídos a la puerta, y el canal se rompe.
Esto significa que cuando tienes una carga en la puerta, el transistor es conmutado a «activado». Cuando el voltaje es retirado, el transistor está apagado. Los dispositivos electrónicos interpretan esta información conmutada en forma de bits y bytes. Así escomo tu ordenador y otros dispositivos procesan los datos. Al depender los dispositivos electrónicos del movimiento de los electrones para procesar información, están sujetos a unas leyes especiales físicas.
En la siguiente y última parte del artículo, veremos como podrían ser los transistores a una nanoescala, lo cual es algo que todavía se está investigando. Haz clic en el botón para verlo:
