Células fotoeléctricas en uniones PN con dopajes tipo N7 y P1
Resumen
Este trabajo quiere referirse a la gran
frustración que tiene la humanidad con la luz solar en
cuanto a las expectativas creadas inicialmente en torno a la
esperanza de su aprovechamiento eléctrico,
desengaño ocasionado por la poca utilidad que han ofrecido
las células fotoeléctricas disponibles. A pesar de
que están hechas en silicio monocristalino a duras penas
alcanzan una pobre eficacia de un 22% en la conversión de
la abundante energía luminosa que reciben. Con la viva
esperanza de revertir a esa desalentadora perspectiva,
aprovechamos la observación de que han sido siempre
construidas con la unión N5P3
que quizás es la unión PN que tiene la
diferencia de potencial electrostática más estrecha
entre un átomo N5 aislado en
un cristal de silicio y otro átomo P3
también aislado en el mismo cristal. Pues, en vista
de esto tratamos de dar una solución pero necesariamente
tenemos que romper con el modelo de electrón
libre que ha adoptado la física del estado
sólido para poder explicar únicamente a los dopajes
tipo N5. Esa idea de Sommerfeld no es
idónea para aclarar a todos los demás tipos de
dopajes que incluso son los que están aptos para crear
mayores diferencias de potenciales electrostáticas como
serían los dopajes tipos N6
y N7, que ocasionarían
respectivamente aislados en los cristales de silicio, las
impurezas sitiadas de los elementos del grupo 16 y 17 de la tabla
periódica. También nos ha tocado reconocer que la
regla del octeto, además de ser la causa que origina la
formación de pares de electrones libres en las
moléculas que forman los elementos aislados del extremo
derecho de la tabla periódica, también es la
causante de los huecos electrónicos libres, apareados con
carga positiva que surgen, en la banda de valencia de las
moléculas por los elementos cercados del extremo izquierdo
de dicha tabla, ya sean compartidos o no pero esto conduce a que
cuando ellos alcanzan saltar hacia la banda de conducción,
dichos electrones o huecos electrónicos saltarán
siempre apareados. Por esto planteamos predictivamente el
diseño de una unión P1N7
que debería ostentar la más amplia
diferencia de potencial electrostática desconocida aun,
además lograría tras esto por lo menos triplicar el
rendimiento eléctrico de las células fotovoltaicas
actuales es decir, sería una unión PN que
esté formada por una pastilla en cristal de silicio dopado
con un halógeno aislado tipo N7
y otra pastilla también dopada, pero con un
alcalino aislado tipo P1 o
también, podría ser tipo P1
con un metal aislado de transición como
serían los elementos del grupo del cobre.
Palabras claves: Huecos de electrones, Semiconductores,
Par de Cooper.
Photoelectric cells in PN junctions with doping
type N7 and P1.
Abstract
This work wants to refer to the great frustration of
humanity with the solar light in terms of the expectations
created around the hope of electrical use, disappointment caused
by the little utility that they have offered the photoelectric
cells available. While they are made in monocrystalline silicon
to eke, they reach a poor efficiency of 22% in the conversion of
plentiful light energy they receive. Hoping living revert to that
daunting prospect, we take the observation that are always built
with the N5P3 union which perhaps is
the PN union that has the narrowest electric potential difference
between an atom N5, isolated in a
Silicon Crystal and another P3 Atom
also isolated in the same crystal. Thus in view of this we try to
give a solution but we necessarily need to break with the
model of free electron solid state physics taken to be
able to explain only to the doping type
N5. This idea of Sommerfeld is not suitable
to clarify to all other types of doping even are suitable to
create greater electrical potential differences as the doping
would be type N6 and
N7, which shout respectively totally isolated
from silicon crystals, impurities isolated from the elements of
Group 16 and 17 of the periodic table. He has also played we
recognize that the octet rule, also be the cause which originates
the formation of pairs of free electrons in the molecules that
are isolated from the right end of the periodic table, elements
also is responsible for electronic holes paired with positive
charge arising, in the molecules valence band by elements
isolated from the left end of the Board, as they are shared or
not but this leads to when they reach jump into the conduction
band, the electrons or holes electronic chip always paired. For
this propose predictivamente the design of a union
P1N7 which should present the broader
electrical potential difference also known, would then at least
triple the electrical current photovoltaic cell efficiency i.e.,
a union that is formed by a pill in a Silicon Crystal doped with
an insulated halogen type N7 and
other also doped pad, but with an isolated alkaline type
P1 or could also be type
P1 with a metal isolated transition as they
would be the elements of the Group of the copper.
Keywords: Hollow electron, semiconductor, Cooper
pair.
1.
Introducción
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 de la
superconductividad y el acoplamiento espín-órbita
del electrón, además el anterior trabajo de
Semiconductores.
2. Desarrollo del
Tema.
LA REGLA del OCTETO
Nos vamos a referir aquí, solo a los conceptos
nuevos e innovadores, que hemos deducido últimamente en la
regla del octeto. Comenzamos diciendo que esta regla no debe ser
aplicada solo de una manera unilateral a los electrones
moleculares como representantes solitarios de la carga
eléctrica, sino también debe extenderse a los
huecos electrónicos libres que representan a las cargas
eléctricas contrarias en las mismas moléculas. La
regla del octeto es una propiedad de los elementos que se centra
en el grupo 14 de la tabla periódica y extiende su
cumplimiento en las moléculas formadas por elementos
ubicados a la derecha del carbono, con los elementos ubicados a
la izquierda del mismo grupo 14, se cumple tanto con
los pares de huecos hacia la izquierda como con los pares de
electrones hacia la derecha de la tabla. Una de las estrategias
que tienen las moléculas, para cumplir la regla del
octeto, son la configuración de los pares de electrones
libre como elementos con carga negativa y también, los
pares de huecos electrónicos libres como elementos con
carga contraria. Cuando las moléculas para cumplir la ley
del octeto, no cuentan con la suficiente cantidad de pares de
electrones libres, adoptan a los pares de huecos que cuentan con
cargas contrarias de las cuales sus funciones son las de llamar,
reclamar o atraer electrones es decir: requiriéndolos de
urgencia a través de la atracción por la carga
eléctrica contraria. ¿Cuáles son las
excepciones? Pues son aquellas moléculas formadas
únicamente entre elementos pertenecientes tanto al extremo
derecho como del extremo izquierdo de la tabla periódica,
que tengan a partir de un par de electrones o huecos libres. Por
ejemplo por el lado derecho con los pares de electrones libres
tenemos al pentacloruro de fósforo, ambos
elementos son del extremo derecho de la tabla periódica.
Por el lado izquierdo con los pares de huecos libres tenemos al
Diborano. Ambos pertenecen al extremo izquierdo de la
respectiva tabla. Ambas moléculas son hipervalentes pero
el primero es hipervalente por el lado de los
electrones y el otro es hipervalente por el lado de los huecos.
Otro ejemplo es por el lado derecho es el hexafluoruro de
azufre, por el lado izquierdo el hidruro de calcio
o el hidruro de estroncio y el trifluoruro de cloro
equivale al hidruro de litio o de sodio.
Hablemos del tema actual que nos interesa que es la
forma, como los diferentes átomos aislados en un cristal
silicio, cumplen con la regla del octeto. Los átomos
dopantes son encerrados en un cristal en donde le imponen de
forma aislada una serie de condiciones que según sus
características eléctricas las cumplirá de
manera distinta. Un átomo que sea aisladamente incrustado
a la fuerza como una impureza dopante en un cristal, por un lado
tiene la opción si puede de compartir 4 enlaces covalentes
con el elemento que origina el cristal, por el otro
también tiene la opción si puede de poder
configurar ½ enlaces con el mismo átomo.
También sabe que debe cumplir con regla del octeto pero
para ella, cuenta con la estrategia de que puede guardar en las
moléculas cargas negativas o positivas pero, no las puede
guardar sino en pares porque la dinámica eléctrica
no le permite guardar electrones ni huecos electrónicos
solitarios libres. Si el elemento dopante, pertenece a la parte
derecha de la tabla periódica, el dopante compensa la
regla del octeto con pares de negativos de electrones libres,
pero si corresponde a un elemento ubicado en la parte derecha de
la misma tabla, utiliza de compensación a unos pares de
carga eléctrica contraria o pares de huecos
electrónicos libres.
PAR SOLITARIO de ELECTRONES o par
de ELECTRONES no COMPARTIDOS
El par solitario o par de electrones no compartidos es
un par de electrones de valencia que no se encuentran
formando un enlace ni compartidos con otros átomos. Los
electrones más externos o electrones de la capa de
valencia, cuando un átomo se agrupa con otros formando
moléculas, esos electrones dejan de pertenecerle
únicamente al átomo del cual provienen, pasando a
corresponderle es a toda la molécula formada. La causa
más clara de la formación de pares solitarios es la
obligación atómica de tener que cumplir con la
regla del octeto. Los átomos que al formar
moléculas cumplen con la regla del octeto y presentan con
mayor facilidad pares solitarios de electrones, se encuentran en
el extremo derecho de la tabla periódica a partir del
grupo del carbono, precisamente son los elementos con los cuales
se puede configurar dopajes tipo N, por eso es
posible encontrar un único par solitario en
moléculas formadas por átomos del grupo del
nitrógeno, por otra parte es posible también
encontrar dos pares solitarios en moléculas formadas por
átomos del grupo del oxigeno y finalmente, es posible
además encontrar tres pares de electrones solitarios en
moléculas formadas por átomos del grupo del
flúor.
PAR SOLITARIO de HUECOS o par de HUECOS no
COMPARTIDOS en el GRUPO 13.
Los átomos que al formar moléculas
cumpliendo con la ley del octeto presentan con mayor facilidad
pares de electrones enlazantes y pares de huecos
solitarios positivos, se encuentran en el extremo izquierdo de la
tabla periódica a partir del grupo del boro, pero
precisamente son los elementos con los cuales se puede configurar
dopajes tipo P, por eso además
de los pares de electrones enlazantes es posible encontrar un
único par solitario de huecos positivos en las
moléculas formadas por los átomos del grupo del
boro. El grupo del boro en la tabla periódica son
todos elementos de tres electrones de valencia por lo que sus
moléculas no tienen la capacidad, para cumplir con la
regla del octeto de Gilbert Newton Lewis con solo pares de
electrones libres por lo tanto, les queda un par solitario no de
electrones, sino un par solitario de huecos electrónicos
positivos guardados en las moléculas que ellos forman.
Presentamos como ejemplo al trifluoruro de boro, donde
el átomo de boro central con solo 6 electrones a su
alrededor, aparenta violar la regla del octeto pero no es
así, el boro cumple su compromiso del octeto guardando a
un par de huecos electrónicos con carga positiva, tanto es
que los pares de electrones libres de los átomos de
flúor, son atraídos por el par de huecos positivos
del boro central acortando ese enlace y además, hay veces
que a través de un enlace coordinado, una molécula
de amoníaco aprovecha a ese bendito par positivo
de huecos del boro, formando un aducto con trifluoruro de boro,
con un par de electrones libres que le quedaron al
amoníaco. Otro ejemplo donde el par solitario de huecos se
hace sentir es en el nitruro de boro hexagonal, cuando pasa a
convertirse en cúbico. Cuando los átomos del grupo
13 o grupo del boro, están incrustados a
través de los dopajes tipo P3 en un cristal de silicio,
ellos cumplen con la regla del octeto y efectúan sus 3
enlaces covalentes con el silicio además, a pesar de que
efectúan un ½ enlace que le da estabilidad a la
molécula con un electrón del silicio, mantienen
así un par solitarios de huecos en la molécula con
carga positiva que atraen a un par de electrones.
PAR SOLITARIO de HUECOS O par de HUECOS
no COMPARTIDOS en el GRUPO 12.
El grupo del zinc y todos los elementos con dos
electrones s de valencia entre ellos algunos elementos
de transición y los alcalinotérreos incluso, en sus
moléculas no tienen la capacidad para cumplir con pares de
electrones solitarios la regla del octeto de Gilbert Newton Lewis
por lo tanto, ofrecen dos pares de huecos en los átomos
del elemento de dichas moléculas, que al llenarse cumplen
con dicha regla. Cuando el cristal de silicio se dope por ejemplo
con elementos de transición del grupo 12 o, se haga con
elementos alcalinotérreos del grupo del berilio,
tendremos un átomo que conformará una
molécula con el silicio pero quedará con dos pares
libres de huecos no compartidos, esto se traducirá que en
un dopaje tipo P2 la molécula tendrá carga positiva
de dos pares de huecos que atraerán a dos pares de
electrones. Esta es la razón por el cual las
moléculas de los elementos del grupo del berilio tienen
propiedades higroscópicas.
PAR SOLITARIO de HUECOS o par de HUECOS
no COMPARTIDOS en el GRUPO 1.
El grupo de los alcalinos o grupo del litio en sus
moléculas, no tienen la capacidad para cumplir la regla
del octeto de Gilbert Newton Lewis con pares de electrones libres
por lo tanto, completa dicha regla ofreciendo tres pares libres
de huecos electrónicos con carga positiva en dichas
moléculas. Esta es la razón por la cual en el
cloruro de litio el ión Li+, se comporta como un
acido de Lewis, un mol de cloruro de litio, es capaz de absorber
por lo menos 4 moles de amoníaco. Además es la
misma razón de las propiedades
higroscópicas.
ELEMENTOS del GRUPO 14 de la TABLA
periódica 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
portadores 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 compartidos entre
ellos. Si un átomo como el fósforo que tiene 5
electrones de valencia, lo incorporamos totalmente aislado a la
red cristalina en el lugar de un átomo de silicio,
entonces ese átomo de fosforo también está
obligado a establecer los 4 enlaces covalentes
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
covalente 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
portadores 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 positiva, 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 H +. 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
estos enlaces traten de aproximarse entre si, como consecuencia
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 solo electrón, sí, le
sobra un solo electrón, pero solamente le sobra es con
respecto al cristal de silicio que él dopa más no
con respecto a otro tipo de dopaje tipo P.
ELEMENTOS del GRUPO 14 de la TABLA
periódica 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 positivos. En el caso del cristal de silicio
que tiene un átomo tetravalente, que se le incorpore
totalmente aislado un átomo como el aluminio que tiene
solo 3 electrones de valencia y se agregue a la red cristalina,
tal como si fuera un átomo de silicio. Ese átomo de
aluminio que tiene allí la obligación de cumplir
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 electro-nes de carga negativa porque no le
restan sino guarda a un par de huecos con carga positiva. 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 el par de huecos con carga positiva del material
dopado son para cumplir la ley del octeto y serían los
portadores mayoritarios que coinciden contrariamente con los
portadores del fosforo.
Nótese también que a pesar de que en este
dopaje tipo P3 el aluminio guarda a un par de huecos libres, a
él solo le faltaría es un electrón,
sí, le falta un solo electrón, pero solamente le
falta es con respecto al cristal de silicio que el dopa
más no con respecto a otro tipo de dopaje tipo
N.
UNIÓN PN tipo N5P3.
La unión N5P3, es la estructura formada por la
unión metalúrgica de dos cristales de silicio, que
también puede ser de germanio, uno dopado con cualquiera
de los elementos del grupo 15 del nitrógeno que tiene
portadores mayoritarios de tipo negativos y la otra, dopada a su
vez con alguno de los elementos del grupo del Boro, abastecido
esta vez con portadores mayoritarios de carga contraria de tipo
positivo. Al unir ambos cristales, entre un átomo aislado
del grupo del nitrógeno, con un par negativo de electrones
libres enfrente de un átomo aislado del grupo del boro,
con un par positivo de huecos libres, se instala al instante
entre los dos polos opuestos, un campo eléctrico separado
solo por el material puro del cristal de silicio o germanio
intacto.
ELEMENTOS del GRUPO 14 de la TABLA
periódica DOPADOS con ÁTOMOS 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
portadores 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
aisladamente 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 porque le restan
dos electrones sobrantes. Como está aislado en la red
soluciona este problema guardando a los 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 silicios, además
configuraría dos enlaces covalentes especiales de un
electrón ajeno de orden formal de ½. Estos dos
pares negativos de electrones libres del átomo aislado
donador de azufre, serían los portadores
mayoritarios de la red y con las mismas funciones del par
molecular de Cooper. Nótese que a pesar de tener un par de
electrones libres el ión dopante del semiconductor 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 aislado de azufre como ión dopante,
en el dopaje tipo N6 le sobran solo dos electrones libres con
respecto al silicio, sin embargo, con respecto a un dopaje tipo
P2 tiene 4 electrones o lo que es lo mismo dos pares de
electrones libres.
ELEMENTOS del GRUPO 14 de la TABLA
periódica DOPADOS con ATOMOS del GRUPO 12.
P2.
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 de manera
aislada a la red cristalina, tal como si fuera un átomo de
silicio. Ese átomo de magnesio aislado 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 enlaces los deja como enlaces
covalentes compartidos y a los otros dos enlaces restantes, los
deja como enlaces covalentes de un solo electrón ajeno,
con orden de enlace formal de ½ y además, como
está aislado tampoco necesita guardar electrones porque no
le restan. Además, aislado se le presenta un problema con
la regla del octeto, pero esto lo obliga a guardar a dos pares
libres de huecos electrónicos. Nótese que en esta
red cristalina los huecos serían los portadores
mayoritarios que presenta el ión parcial dopante
elementalmente negativo de magnesio.
Nótese que a pesar de que a un dopaje tipo P2 le
quedan al magnesio aislado dos huecos electrónico con
respecto al silicio, le quedan 4 huecos
electrónicos con respecto a un dopaje tipo N6 o lo que es
lo mismo, le quedan dos pares libres de huecos
electrónicos con respecto a un dopaje tipo N6.
UNIÓN PN tipo
N6P2.
La unión N6P2, es la estructura formada por la
unión metalúrgica de dos cristales de silicio, que
también puede ser de germanio, uno dopado con cualquiera
de los elementos del grupo 16 del oxígeno que tiene
portadores mayoritarios de tipo negativos y la otra, dopada a su
vez con alguno de los elementos del grupo 2 del Cadmio o del
magnesio, abastecido esta vez con portadores mayoritarios de
carga contraria de tipo positivo. Al unir ambos cristales, entre
un átomo aislado del grupo del oxígeno, con dos
pares negativos de electrones libres enfrente de un átomo
aislado del grupo del zinc o el magnesio, con dos pares positivos
de huecos libres, se instala al instante entre los dos polos
opuestos, un campo eléctrico separado solo por el material
puro del cristal de silicio o germanio intacto.
ELEMENTOS del GRUPO 14 de la TABLA
periódica 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
portadores 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 valencia, lo
incorporamos de forma aislada 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 los puede guardar de forma
desapareada, además tampoco los puede liberar a que
deambulen en la banda interatómica de valencia. Soluciona
este problema guardando 3 pares de electrones libres, solitarios,
que para poderlos guardar necesariamente deben estar apareados en
la molécula del bromo. Le restaría un solo
electrón al bromo, con él establece un enlace
covalente compartido con un silicio y 3 enlaces de
½ con 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 disponibles para la conducción
eléctrica semiconductora. Debido a los 3 enlaces
fraccionarios de ½ que lo hace ser parcial y
fraccionariamente negativo e inmóvil y el silicio
adyacente adopta una carga compensatoria parcialmente positiva,
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 cristal
intacto de silicio, sin embargo le subsisten 6 electrones libres
o lo que es lo mismo, tres pares negativos de electrones libres
con respecto al dopaje tipo P1.
ELEMENTOS del GRUPO 14 de la TABLA
periódica 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 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 valencia y se incorpora de forma
aislada a la red cristalina, tal como si fuera un átomo de
silicio. Ese átomo de sodio que tiene allí la
obligación de cumplir aislado tanto con la regla del
octeto como con los 4 enlaces covalentes compartidos pero cuenta
con solo un electrón disponible. Entonces igual que el
bromo en el dopaje tipo N, configura solo a un enlace
covalente compartido y 3 enlaces covalentes de un solo
electrón ajeno de silicio, con un orden formal de enlace
de ½ y además, no necesita guardar
electrones porque ni siquiera le restan, a la sazón para
cumplir la regla del octeto, entonces guarda a tres pares libres
de huecos electrónicos con carga positiva. Los enlaces de
½ también tienen efectos importantes sobre la
simetría de la carga estructural y polaridad de la
molécula.
Nótese que a pesar de que a un dopaje tipo P1 le
quedan 3 huecos electrónicos positivos con respecto al
silicio, sin embargo, con respecto a un dopaje tipo N7,
le restan 6 huecos electrónicos positivos o lo que es lo
mismo, 3 pares libres de huecos electrónicos
positivos.
UNIÓN PN tipo
N7P1.
La unión N7P1, es la estructura formada por la
unión metalúrgica de dos cristales de silicio, que
también puede ser de germanio, uno dopado con cualquiera
de los elementos del grupo 17 del flúor que tiene
portadores mayoritarios de tipo negativos y la otra, dopada a su
vez con alguno de los elementos del grupo 1 del hidrógeno,
el litio o un elemento de transición del grupo del cobre,
abastecido esta vez con portadores mayoritarios de carga
contraria de tipo positiva. Al unir ambos cristales, entre un
átomo aislado en el silicio del grupo del flúor,
con tres pares negativos de electrones libres, enfrente de un
átomo aislado del grupo del litio o el cobre, con tres
pares positivos de huecos libres, se instala al instante entre
los dos polos opuestos, un campo eléctrico separado solo
por el material puro del cristal de silicio o germanio
intacto.
3Conclusiones:
1LA PRIMERA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es
que partiendo de su postulado de que los portadores de carga
eléctrica en unos tipos de semiconductores son tres
pares de electrones libres con carga eléctrica
negativa, presenta la estructura predictiva que
tendría un cristal de silicio sucio pero de
forma aislada, con un dopaje tipo N7, a través del dopaje
hecho con un halógeno aislado en silicio tal como el
cloro, yodo o el bromo.
2LA SEGUNDA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es
que partiendo de su postulado de que los portadores de carga
eléctrica en unos tipos de semiconductores son dos
pares de electrones libres con carga eléctrica
negativa, presenta la estructura predictiva que
tendría un cristal de silicio sucio pero de forma aislada
con un dopaje tipo N6, a través del dopaje con un elemento
aislado en silicio tal como el azufre que pertenece al
grupo del oxigeno.
3LA TERCERA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es
que partiendo de su postulado de que los portadores de carga
eléctrica en unos tipos de semiconductores son
solamente un par de electrones libres con carga
eléctrica negativa, presenta la estructura predictiva
que tendría un cristal de silicio sucio pero de forma
aislada con un dopaje tipo N5, a través del dopaje con un
elemento aislado e silicio tal como el fósforo
del grupo del nitrógeno.
4LA CUARTA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es que
partiendo de su postulado de que los portadores de carga
eléctrica en unos tipos de semiconductores son
solamente un par de huecos electrónicos libres y carga
eléctrica positiva, presenta así la estructura
predictiva que tendría un cristal de silicio sucio de
forma aislada con un dopaje tipo P3, a través del dopaje
con un elemento aislado tal como el aluminio del grupo
del boro.
5LA QUINTA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es que
partiendo de su postulado de que los portadores de carga
eléctrica en unos tipos de semiconductores son dos
pares de huecos electrónicos libres y carga
eléctrica positiva, presenta la estructura predictiva
que tendría un cristal de silicio sucio de forma aislada
con un dopaje tipo P2, a través del dopaje con un elemento
aislado tal como el cadmio de los elementos de
transición o un alcalinotérreo tal como el
magnesio.
6LA SEXTA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es que
partiendo de su postulado de que los portadores de carga
eléctrica en unos tipos de semiconductores son tres
pares de huecos electrónicos libres y carga
eléctrica positiva, presenta la estructura predictiva
que tendría un cristal de silicio sucio de forma aislada
con un dopaje tipo P1, a través del dopaje aislado con un
elemento alcalino aislado tal como el potasio o
también podría ser un elemento de transición
aislado como el mismo cobre.
7LA SEPTIMA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es
que partiendo de su postulado de que los portadores de carga
eléctrica son pares de electrones libres o pares de huecos
libres, presenta un diseño predictivo ejemplar que
tendría una unión PN con dos pares de electrones y
huecos 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.
8LA OCTAVA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es que
partiendo de su postulado de que los portadores de carga
eléctrica son pares de electrones o huecos 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 intrínseco
entre un cristal de silicio con un dopaje tipo N5, enfrente 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 o huecos apareados pero de carga contraria,
entonces un transistor formado entre la unión N5N4 o si se
quiere decir N5P4, 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.
9LA NOVENA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es que
partiendo de su postulado de que los portadores de carga
eléctrica son pares de electrones o huecos libres,
presenta un diseño anunciado de una unión PN que
contaría predictivamente con dos (2) pares de
electrones libres de diferencia, 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 N7P3. No es lo
mismo ni tiene el mismo rendimiento utilizar esta
unión PN anterior, que las aleaciones directas ya
conocidas entre los elementos del grupo VII y el grupo III por
ejemplo, el bromuro de talio.
10LA DECIMA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es
que partiendo de su postulado de que los portadores de carga
eléctrica son pares de electrones o huecos 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
aisladas 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 N7P2, 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.
10 LA DECIMOPRIMERA GRAN CONCLUSIÓN de este
trabajo es que partiendo de su postulado de que los portadores de
carga eléctrica son pares de electrones libres o pares de
huecos libres, presenta un diseño anunciado de las
llamadas uniones 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 dopaje tipo N7, a través de las
impurezas aisladas de un halógeno tal como el
yodo o el bromo enfrente de otro, el cristal de
silicio con dopaje tipo P1, contaminado con elementos aislados
tales como el sodio, potasio o el
rubidio. Esto sería una unión PN con
dopaje tipo N7P1. Tiene más rendimiento esta unión
PN descrita anteriormente, que las aleaciones directas entre los
elementos del grupo VII y el grupo I como el cloruro de
cobre o el cloruro potásico.
11 LA DECIMOSEGUNDA GRAN CONCLUSIÓN de este
trabajo es que partiendo de su postulado de que los portadores de
carga eléctrica serían pares tanto de electrones
libres como de huecos libres positivos, sugiere la posibilidad de
poder diseñar dispositivos semiconductores, capaces
de soportar mayores niveles de tensión y corriente
que los actuales.
13LA DECIMOTERCERA GRAN, PERO GRAN CONCLUSIÓN 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 diferencia de potencial que amplifica
el flujo de electrones libres entre los cristales dopados. No
más quedaría dependiendo de la suficiente cantidad
de portadores mayoritarios que sería función
directa de la cantidad de los átomos de impurezas
introducidos.
14LA DECIMOCUARTA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo
es la observación de que la mayoría de los
materiales semiconductores compuestos a quienes se les ha
observado resultados alentadores, son aquellos compuestos
formados por los elementos que están a la misma distancia
electrónica del grupo IV por ejemplo, compuestos creados
por átomos del grupo III con del grupo V como el
nitruro de aluminio, los formados por partículas
procedentes del grupo II con el grupo VI como el telururo de
cadmio y finalmente los compuestos creados a partir de
elementos propios del grupo I con el grupo VII como el
cloruro de cobre.
15LA 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
aislado y por el otro, la presencia también de silicio
pero esta vez que sea lo suficientemente dopado aisladamente con
impurezas de cadmio, quedando diseñado el
semiconductor como un transistor tipo N6P2.
16LA DECIMOSEXTA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo
sería la de proponer a la comunidad académica, que
se reemplace finalmente a ese dispositivo tipo N6P2 de telurio y
cadmio, por un idéntico dispositivo de silicio
típico N7P1 diseñado exclusivamente de
un halógeno aislado tal como el yodo o el
bromo y un metal como el rubidio o la
plata.
4Referencias
REFERENCIAS DEL ARTÍCULO.
[1] Semiconductores Monografias.
[2] Semiconductores
textoscientificos.
[3] Superconductividad.
[4] Superconductividad.
[5] Alotropía.
[6] Alotropía del
Carbono.
[7] Alotropía del
Oxigeno.
[8] Ozono.
[9] Diborano
[10] 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.
Autor:
Heber Gabriel Pico Jiménez
MD
Médico Cirujano 1985 de la
Universidad de Cartagena Colombia. Investigador
independiente de problemas biofísicos
médicos propios de la memoria, el aprendizaje 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 académica que soy,
también han sido debidamente presentados sobretodo este se
presentó el 26 de Mayo del 2013 en la "Academia Colombiana
de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales"
ACCEFYN.