Dopaje De Semiconductores

Dopaje de Semiconductores En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al proceso intencional de agregar impurezas en un semiconductor extremadamente puro (también referido como intrínseco) con el fin de cambiar sus propiedades eléctricas. Las impurezas utilizadas dependen del tipo de semiconductores a dopar. A los semiconductores con dopajes ligeros y moderados se los conoce como extrínsecos. Un semiconductor altamente dopado, que actúa más como un conductor que como un semiconductor, es llamado degenerado. El número de átomos dopantes necesitados para crear una diferencia en las capacidades conductoras de un semiconductor es muy pequeña. Cuando se agregan un pequeño número de átomos dopantes (en el orden de 1 cada 100.000.000 de átomos) entonces se dice que el dopaje es bajo o ligero. Cuando se agregan muchos más átomos (en el orden de 1 cada 10.000 átomos) entonces se dice que el dopaje es alto o pesado. Este dopaje pesado se representa con la nomenclatura N+ para material de tipo N, o P+ para material de tipo P.

TIPOS DE MATERIALES DOPANTES TIPO N Se llama material tipo N al que posee átomos de impurezas que permiten la aparición de electrones sin huecos asociados a los mismos. Los átomos de este tipo se llaman donantes ya que "donan" o entregan electrones. Suelen ser de valencia cinco, como el Arsénico y el Fósforo. De esta forma, no se ha desbalanceado la neutralidad eléctrica, ya que el átomo introducido al semiconductor es neutro, pero posee un electrón no ligado, a diferencia de los átomos que conforman la estructura original, por lo que la energía necesaria para separarlo del átomo será menor que la necesitada para romper una ligadura en el cristal de silicio (o del semiconductor original). Finalmente, existirán más electrones que huecos, por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los últimos los minoritarios. La cantidad de portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos. El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Fósforo (dopaje N). En el caso del Fósforo, se dona un electrón.

TIPO P Se llama así al material que tiene átomos de impurezas que permiten la formación de huecos sin que aparezcan electrones asociados a los mismos, como ocurre al romperse una ligadura. Los átomos de este tipo se llaman aceptores, ya que "aceptan" o toman un electrón. Suelen ser de valencia tres, como el Aluminio, el Indio o el Galio. Nuevamente, el átomo introducido es neutro, por lo que no modificará la neutralidad eléctrica del cristal, pero debido a que solo tiene tres electrones en su última capa de valencia, aparecerá una ligadura rota, que tenderá a tomar electrones de los átomos próximos, generando finalmente más huecos que electrones, por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los segundos los minoritarios. Al igual que en el material tipo N, la cantidad de portadores mayoritarios será función directa de la cantidad de átomos de impurezas introducidos. El siguiente es un ejemplo de dopaje de Silicio por el Boro (P dopaje). En el caso del boro le falta un electrón y, por tanto, es donado un hueco de electrón.

Diagrama de Fases del CO2

Diagrama de Fases del Agua

OTRO TIPO DE DIAGRAMA DEL AGUA Si se tiene en cuenta el volumen, en lugar de la temperatura, se obtiene el diagrama, donde además aparecen las zonas de presión de vapor.

DIAGRAMA TRIDIMENSIONAL DEL AGUA Si se integran los dos diagramas anteriores se obtiene el siguiente diagrama, que relaciona tanto la presión y volumen como la temperatura, en el cual se ubican todas las relaciones de las propiedades macroscópicas del agua

TRANSPORTE DE IONES Los cien mil millones de células del cuerpo humano no podrían existir si cada una de ellas no estuviera rodeada de una membrana que la separa de sus vecinas y del líquido exterior. Tanto dentro como fuera de la célula el agua constituye el disolvente y el vehículo por el que moléculas como aminoácidos, proteínas, o el mismo ADN permanecen disueltos en ella y realizan sus funciones, actuando las membranas a modo de barreras de tipo graso que impiden que las moléculas circulen anárquicamente por todo el organismo. Sin embargo, las células necesitan comunicarse constantemente entre sí, a través de señales que atraviesan sus membranas, y que no son más que pequeñas moléculas o iones que mediante una cascada de reacciones químicas permiten que las funciones biológicas tengan lugar. Roderick MacKinnon, obtuvo importantes hallazgos sobre el canal de potasio y de otros iones, como los cloruros. Los canales iónicos regulan, entre otras, las funciones del sistema nervioso y de los músculos. En el impulso nervioso, un canal iónico se abre en la superficie de una neurona como respuesta a una señal química emitida por otra neurona vecina, y el pulso eléctrico así generado se propaga mediante la apertura y cierre de otros canales, hasta la neurona siguiente, y todo ello en unos pocos milisegundos. Siempre ha resultado intrigante la selectividad de los canales de iones. Tanto el sodio como el potasio son cationes esféricos con carga +1 y diámetros de 1,90 y 2,60 amstrong, respectivamente. El sodio es, por tanto, algo menor. ¿Cómo explicar la selectividad del canal de potasio, que no deja pasar al sodio, un ión más pequeño?

EL CANAL DE POTASIO. Estos canales son proteínas que se encuentran en todas las células que posean membrana. No hay forma en que los iones atraviesen la membrana si no es a través de canales. La membrana celular está formada por lípidos (grasas), y las sales, que no se mezclan con las grasas, no pueden atravesar esa pared que protege a la célula. Por consiguiente, la entrada sólo puede realizarse a través de canales. Los canales iónicos no son estructuras que están abiertas todo el tiempo, sino que se abren y se cierran de acuerdo con las órdenes que reciban, y esa apertura y cierre puede modularse. De hecho, tienen la ventaja de responder a estímulos de manera muy rápida, en menos de milisegundos. MacKinnon estudió, en particular, el canal de potasio, que se puede modular mediante cambios de voltaje. Estos canales de potasio ayudan a propagar los impulsos eléctricos en el cerebro y el corazón. El movimiento de los iones se debe fundamentalmente a dos efectos: Difusión: en presencia de un gradiente de concentración (provoca la entrada de iones de potasio al interior de la célula) Atracción eléctrica: en presencia de un campo eléctrico (provoca la salida de iones de potasio del interior de la célula al exterior) Cuando un impulso eléctrico viaja a lo largo de un nervio, la carga a lo largo de la membrana celular se modifica y el exterior de la membrana se carga negativamente con respecto al interior. Este cambio en la carga hace que los canales de potasio se abran y permitan que los iones de potasio salgan de la célula. La salida de potasio hace que la membrana se encuentre cargada negativamente, contrarrestándolo por difusión y volviendo a su estado de reposo (en condiciones normales, en el interior de la célula hay una concentración 20 veces superior que en el exterior de iones de potasio) preparándose así para el siguiente impulso nervioso.

El canal de potasio es un tetrámero, formado por cuatro subunidades idénticas. Las cuatro subunidades se insertan en la membrana dejando un poro en el interior. El poro tiene una longitud de 45 Å y su diámetro varía a lo largo de éste. Podemos dividir al poro en tres regiones, desde dentro: un túnel de 18 Å cuyas paredes lo constituyen las hélices internas, una cavidad acuosa a mitad de la membrana y una región más estrecha flanqueada por los filtros de selectividad que separan al poro de la solución extracelular. Para el paso selectivo de iones este canal dispone de dos mecanismos: El de la compuerta (que se abre o cierra por estímulos del entorno, ya que una de las “colas” del tetrámero se desliza sobre el poro y lo cierra). El del filtro, que solo permite el paso de una molécula de sodio por cada diez mil de potasio, lo que lo hace tremendamente selectivo.

Estructura del ADN El ADN es un largo polímero formado por unidades repetitivas, los nucleótidos. Una doble cadena de ADN mide de 22 a 26 angstroms (2,2 a 2,6 nanómetros) de ancho, y una unidad (un nucleótido) mide 3,3 Å (0,33 nm) de largo. Aunque cada unidad individual que se repite es muy pequeña, los polímeros de ADN pueden ser moléculas enormes que contienen millones de nucleótidos. Por ejemplo, el cromosoma humano más largo, el cromosoma número 1, tiene aproximadamente 220 millones de pares de bases. En los organismos vivos, el ADN no suele existir como una molécula individual, sino como una pareja de moléculas estrechamente asociadas. Las dos cadenas de ADN se enroscan sobre sí mismas formando una especie de escalera de caracol, denominada doble hélice. El modelo de estructura en doble hélice fue propuesto en 1953 por James Watson y Francis Crick, luego de obtener una imagen de la estructura de doble hélice gracias a la refracción por rayos X hecha por Rosalind Franklin. El éxito de este modelo radicaba en su consistencia con las propiedades físicas y químicas del ADN. El estudio mostraba además que la complementariedad de bases podía ser relevante en su replicación, y también la importancia de la secuencia de bases como portadora de información genética. Cada unidad que se repite, el nucleótido, contiene un segmento de la estructura de soporte (azúcar + fosfato), que mantiene la cadena unida, y una base, que interacciona con la otra cadena de ADN en la hélice. En general, una base ligada a un azúcar se denomina nucleósido y una base ligada a un azúcar y a uno o más grupos fosfatos recibe el nombre de nucleótido.

ESTRUCTURA 1. Estructura primaria: Secuencia de nucleótidos encadenados. Es en estas cadenas donde se encuentra la información genética, y dado que el esqueleto es el mismo para todos, la diferencia de la información radica en la distinta secuencia de bases nitrogenadas. Esta secuencia presenta un código, que determina una información u otra, según el orden de las bases. 2. Estructura secundaria: Es una estructura en doble hélice. Permite explicar el almacenamiento de la información genética y el mecanismo de duplicación del ADN. Fue postulada por Watson y Crick, basándose en la difracción de rayos X que habían realizado Franklin y Wilkins, y en la equivalencia de bases de Chargaff, según la cual la suma de adeninas más guaninas es igual a la suma de timinas más citosinas. Es una cadena doble, dextrógira o levógira, según el tipo de ADN. Ambas cadenas son complementarias, pues la adenina y la guanina de una cadena se unen, respectivamente, a la timina y la citosina de la otra. Ambas cadenas son antiparalelas, pues el extremo 3´ de una se enfrenta al extremo 5´ de la homóloga. El ADN existe en muchas conformaciones, sin embargo, en organismos vivos sólo se han observado las conformaciones ADN-A, ADN-B y ADN-Z.

Estructura de la Hemoglobina La forman cuatro cadenas polipeptídicas (globinas) a cada una de las cuales se une un grupo hemo, cuyo átomo de hierro es capaz de unir forma reversible una molécula de oxígeno. El grupo hemo está formado por: 1. Unión del succinil-CoA (formado en ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico) al aminoácido glicina formando un grupo pirrol. 2. Cuatro grupos pirrol se unen formando la protoporfirina IX. 3. La protoporfirina IX se une a un ion ferroso (Fe2+) formando el grupo hemo. La hemoglobina es una proteína tetrámera, que consiste de cuatro cadenas polipeptídicas con estructuras primarias diferentes. La hemoglobina presente en los adultos (HbA) tiene dos cadenas α y dos cadenas β. La cadena α consiste de 141 aminoácidos y una secuencia específica, mientras que la cadena β consiste de 146 aminoácidos con una estructura primaria diferente. Estas cadenas son codificadas por genes diferentes y tienen estructuras primarias diferentes. En el caso de las cadenas δ y γ de otros tipos de hemoglobina humana, como la hemoglobina fetal (HbF) es muy similar a la cadena β. La estructura tetrámera de los tipos comunes de hemoglobina humana son las siguientes: HbA1 tiene α2β2, HbF tiene α2γ2 y HbA2 (tipo menos común en los adultos) tiene α2δ2. Las cadenas α y β de la hemoglobina tienen un 75% de hélices alfa como estructura secundaria, con 7 y 8 segmentos respectivamente.

Estructura de la Clorofila La estructura de la moléculas de clorofila tiene dos partes: un anillo de porfirina (sustituida con pequeños grupos enlazados, sustituyentes) y una cadena larga llamada fitol. es un tetrapirrol, con cuatro anillos pentagonales de pirrol enlazados para formar un anillo mayor que es la porfirina. La hemoglobina de la sangre y otras proteínas contienen también una porfirina, que en ese otro caso constituye lo principal de un grupo 'hemo'; y también se encuentra porfirina en la estructura de la vitamina B12. El grupo hemo contiene un átomo de hierro (Fe); la porfirina de la clorofila lleva en lugar equivalente un átomo de magnesio (Mg2+). La absorción de determinados picos del espectro de radiación (ver gráfica más abajo) es una propiedad de aquellas moléculas orgánicas que contienen dobles enlaces conjugados (dobles enlaces alternando con enlaces simples); puede verse en las fórmulas desarrolladas contiguas que el anillo porfirínico es rico en tales enlaces. El fitilo (o resto de fitol; llamamos resto o residuo a la parte de una molécula incorporada a la estructura de otra mayor) es una cadena hidrocarbonada con restos de metilo (-CH3) a lo largo. Tiene, como todas las cadenas orgánicas basadas sólo en C e H, un carácter “hidrófobo”; es decir, que repele al agua. La cadena del fitilo sirve para anclar la molécula de clorofila en la estructura anfipática de los complejos moleculares en que residen las clorofilas.