Desde el primer transistor hasta el último chip sofisticado, el silicio ha sido la piedra angular de la electrónica moderna. Y aunque hay otros materiales semiconductores, ninguno lo iguala en términos de rentabilidad, confiabilidad, disponibilidad y control de calidad. Pero, ¿por qué se usa tanto el silicio en la electrónica y qué lo hace tan especial? En este artículo, exploramos las razones detrás de esta elección y cómo este material se ha convertido en un pilar fundamental de nuestra vida cotidiana.
Si alguna vez ha tomado un curso básico de electrónica, sabe que el silicio es uno de los materiales más importantes en los dispositivos electrónicos. Pero, ¿por qué el silicio es tan crucial? En esta publicación de blog, analizaremos las propiedades del silicio que lo hacen ideal para su uso en electrónica. También exploraremos algunas de las aplicaciones del silicio en dispositivos electrónicos.
¿Qué es el silicio?
El silicio es un elemento químico de símbolo Si y número atómico 14. Es sólido a temperatura ambiente, aunque tiene un punto de fusión de 1414 grados centígrados. Esto lo hace útil en la fabricación de semiconductores, como veremos más adelante.
En términos simples, el silicio es un material sólido que se encuentra en la arena. También es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre después del oxígeno. Esto hace que sea bastante barato de conseguir.
El silicio se ha utilizado ampliamente en la electrónica desde la década de 1950 porque ofrece ciertas ventajas sobre otros materiales.
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Ventajas del silicio
El silicio tiene muchas ventajas como material para dispositivos electrónicos.
- Una ventaja es que es un elemento abundante en la corteza terrestre. Esto significa que es relativamente barato producir dispositivos y componentes basados en silicio.
- Otra ventaja del silicio es que es un elemento muy estable. Esto significa que los dispositivos basados en silicio no se degradan ni se vuelven menos efectivos con el tiempo como otros tipos de dispositivos electrónicos. Por ejemplo, el oro es un muy buen conductor de electricidad, pero también es muy caro y puede corroerse con el tiempo.
- El silicio también es capaz de soportar altas temperaturas., lo que lo hace ideal para su uso en dispositivos electrónicos que generan mucho calor, como las computadoras. Por ejemplo, la unidad central de procesamiento (CPU) de una computadora generalmente está hecha de silicio.
- Otra ventaja de usar silicio es que se puede utilizar para crear dispositivos muy pequeños y precisos. Esto se debe a que el silicio se puede grabar con mucha precisión mediante litografía. Por ejemplo, el silicio se usa a menudo para crear microprocesadores, que son computadoras diminutas que alimentan dispositivos como teléfonos y computadoras portátiles.
- Una última ventaja de usar silicio en dispositivos electrónicos es que se puede combinar fácilmente con otros materiales para crear productos nuevos e innovadores. Por ejemplo, el desarrollo de celdas solares basadas en silicio ha llevado a un aumento significativo en el uso de energía solar en todo el mundo.
Hay muchos otros materiales que se pueden usar para crear dispositivos electrónicos, pero el silicio tiene una serie de ventajas que lo convierten en el material elegido para muchas aplicaciones. En particular, el hecho de que sea relativamente barato y fácil de usar lo hace ideal para su uso en productos producidos en masa, como teléfonos móviles y computadoras.
¿Qué calidad de silicio es la más importante para los microchips?
- La cualidad más importante del silicio para microchips es su pureza. Cuanto mayor sea la pureza, mejor será el rendimiento del microchip. Sin embargo, el silicio de alta pureza también es más caro. Por esta razón, los fabricantes de semiconductores intentan usar la menor cantidad posible de silicio de alta pureza y, al mismo tiempo, garantizar que el rendimiento general de sus productos no se vea comprometido.
- Otra cualidad importante del silicio es su estructura cristalina. Cuanto más perfecto sea el cristal, mejor será el rendimiento del microchip. Sin embargo, los cristales perfectos son muy difíciles de crear. Por esta razón, los fabricantes de semiconductores suelen utilizar silicio con una estructura cristalina ligeramente imperfecta. Este tipo de silicio se conoce como polisilicio.
- Otra cualidad importante del silicio es su concentración de dopante. Los dopantes son átomos que se agregan al silicio para cambiar sus propiedades eléctricas. El dopante más común es el fósforo. Al agregar pequeñas cantidades de fósforo al silicio, los fabricantes de semiconductores pueden crear silicio de tipo n, que es ideal para usar en microchips. [1]
Usos del silicio en electrónica
Hay muchas formas de utilizar el silicio en la electrónica.
- Una forma es crear dispositivos semiconductores. Un semiconductor es un material que puede conectarse y conducir electricidad y calor. Están hechos de materiales como el carbono, el silicio, el germanio y el silicio-germanio.
- El silicio también se utiliza para fabricar vidrio y cerámica. Se puede combinar con oxígeno para producir dióxido de silicio, que se encuentra en la arena y las rocas. Cuando se calienta, se puede utilizar para crear una variedad de vasos y cerámicas.
- El silicio también se puede utilizar para hacer aleaciones. Una aleación es una mezcla de dos o más metales. El silicio a menudo se combina con el hierro para fabricar acero. También se puede combinar con aluminio para hacer una aleación llamada silicato de aluminio, que se utiliza en la producción de neumáticos para automóviles y otros productos.
- En electrónica, el silicio también se usa ampliamente para fabricar circuitos integrados. Un circuito integrado es un pequeño dispositivo que contiene transistores, diodos y otros componentes electrónicos. Se encuentran en casi todos los dispositivos electrónicos, desde computadoras hasta teléfonos celulares.
Preguntas más frecuentes
¿Cómo se usa más comúnmente el silicio?
En los Estados Unidos, alrededor del 90 % de la producción de silicio se utiliza en la industria química para fabricar silanos, que se utilizan en lubricantes y adhesivos a base de silicona. [2].
El resto del silicio se utiliza en una variedad de industrias, incluida la industria automotriz (para fabricar neumáticos y mangueras) y la industria de la construcción (para fabricar hormigón y ladrillos).
En la industria electrónica, el silicio se utiliza para fabricar dispositivos semiconductores, como transistores y circuitos integrados.
¿Cuáles son las propiedades físicas del silicio?
El silicio es una sustancia dura y quebradiza con un brillo metálico. Es un semiconductor, lo que significa que puede conducir electricidad bajo ciertas condiciones.
Tiene un punto de fusión de 1414 grados centígrados y un punto de ebullición de 2355 grados centígrados. El silicio se encuentra en la corteza terrestre en forma de dióxido de silicio (SiO₂).
¿Cómo hace el silicio buenos transistores?
La propiedad más importante de un transistor es su capacidad para cambiar entre dos estados, que pueden ser ENCENDIDO o APAGADO.
Un transistor de silicio puede lograr esto mediante el uso de un campo eléctrico para controlar el flujo de corriente a través del dispositivo.
Esto hace posible crear transistores muy pequeños y rápidos, que son esenciales para los dispositivos electrónicos modernos.
¿Cuáles son los inconvenientes del silicio?
Uno de los principales inconvenientes del silicio es que es un elemento muy reactivo. Esto significa que fácilmente puede formar compuestos con otros elementos, lo que puede causar problemas en los dispositivos electrónicos.
Otro inconveniente del silicio es que es un conductor de electricidad relativamente pobre. Esto puede ser un problema en algunas aplicaciones, como las células solares.
Finalmente, el silicio es un elemento muy abundante, lo que significa que no es un recurso escaso ni precioso. Sin embargo, esto también significa que es relativamente barato de producir.
¿Cuánto tiempo se usará el silicio en la electrónica?
Es difícil decir cuánto tiempo se utilizará el silicio en la electrónica. El silicio ha sido el material dominante para los dispositivos semiconductores durante muchos años y es poco probable que esto cambie en un futuro próximo.
Sin embargo, se están desarrollando nuevos materiales todo el tiempo, por lo que es posible que el silicio eventualmente sea reemplazado por otra cosa.
Por ahora, el silicio es el mejor material que tenemos para fabricar transistores y otros dispositivos semiconductores, por lo que es probable que siga siendo el estándar durante muchos años.
Video útil: ¿Por qué se usa silicio para chips de computadora?
Pensamientos finales
Entonces, ¿por qué se usa mucho el silicio en la electrónica? Bueno, hay algunas razones clave.
En primer lugar, es relativamente abundante en comparación con otros materiales que se pueden utilizar para la fabricación de semiconductores.
En segundo lugar, se puede purificar fácilmente para crear una forma muy pura del elemento, algo que es crucial para la producción de semiconductores.
En tercer lugar, el silicio tiene un punto de fusión muy alto, lo que significa que puede usarse en entornos de alta temperatura.
En cuarto lugar, y quizás lo más importante, el silicio es un material extremadamente versátil. Se puede utilizar para crear una amplia gama de diferentes dispositivos semiconductores, desde diodos y transistores básicos hasta circuitos integrados más complejos.
Finalmente, el silicio tiene ciertas propiedades que lo hacen ideal para su uso en dispositivos semiconductores. Cuando se trata de electrónica, el silicio es definitivamente el elemento de elección.
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Referencias:
- https://scienceline.ucsb.edu/getkey.php?key=4527
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6237170/
