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Notas y documentacion sobre el nivel más bajo de los circuitos: transistores en silicio. Es el nivel fundamental, que enlaza directamente con los átomos, la física y la química. Todo el edificio de nuestra tecnología actual parte de este punto
Y actualmente estamos en una époco muy interesante. Ya por fin, tras muchas décadas, tenemos herramientas libres para diseñar nuestros propios chips desde 0
En este borrador voy a ir aprendiendo y profundizando sobre todo esto
Antes de entender la tecnología de los chips y los circuitos digitales, vamos a empezar por el principio: los átomos. De esta manera veremos cómo se ha construido el edificio tecnológico a partir de conceptos científicos fundamentales
El objetivo no es mostrar los modelos reales, que tienen bastante complicación, sino aproximaciones simplistas donde se recojan las ideas principales que nos permitan entender los principios subyacentes. A partir de ellos iremos presentando, concepto a concepto, la tecnología de los chips
Toda la materia que está a nuestro alrededor está formada por átomos. Este conocimiento lo hemos obtenido gracias a los científicos, cuya misión es desvelar los secretos de la naturaleza, y obtener sus leyes fundamentales
En nuestros modelos simplificados, vamos a representar cada átomo como una esfera que ocupa un volumen. Esto NO ES LA REALIDAD. Los átomos NO SON ESFERAS. Sin embargo es una representación simplificada que nos sirve para entender las ideas principales de los chips
Este modelo, aunque simplificado, es lo suficientemente preciso como para entender la disposición de los átomos para formar materiales. Utilizando un microscopio de efecto tunel es posible visualizar los átomos, y apreciar cómo se distribuyen en los mateales
Esta es la famosa imagen IBM en átomos de 1989 donde los científicos de la empresa IBM escribieron el nombre de la compañía utilizando 35 átomos de xenón (Xe)
Los átomos se observan como si fuesen pequeñas "bolitas"
En 2013 los científicos de IBM fueron un paso más lejos y crearon la película Un chico y su átomo: un corto de animación creado usando átomos
Esta es la representación que vamos a utilizar nosotros. En esta imagen se muestra un átomo apoyado en una superficie que para nosotros será el suelo
Nuestro átomo parece una bola de billar, pero no nos dejemos engañar por este modelo simplificado. En realidad el átomo está prácticamente vacío. En su interior tiene un núcleo, muy muy muy pequeño en comparación con su volumen total. Alrededor de este núcleo están los electrones orbitando, que son una partículas con carga negativa
Si bien también estamos representando los electrones como "bolitas" más pequeñas, en realidad NO LO SON tampoco. En este modelo nos los vamos a imaginar como pequeños puntos que se mueven a muchísima velocidad, cada uno dentro su propio orbital
(El dibuno No está a escala)
El núcleo está compuesto por dos tipos de partículas: los protones, que tienen carga positiva, y los neutrones, sin carga
La masa del átomo se encuentra en las partículas del núcleo. Los electrones tienen masa, pero es despreciable frente a la de protones y neutrones
🚧 TODO 🚧
En la naturaleza existen materiales que tienen la capacidad de conducir la electricidad. Cuando se someten a la acción de un campo eléctrico, los electrones se desplazan a por el material. Uno de los elementos más conductore que existen es el cobre, que es el que utilizaremos como ejemplo. La mayoría de los cables que utilizamos para conectar nuestros aparatos electrónicos utilizan cables de coble
Pero vamos a empezar por el principio, los átomos
Toda la materia que está a nuestro alrededor está formada por átomos. El átomo más sencillo es el de hidrógeno, H, que tiene un núcleo con solo un protón, y hay un único electrón que lo orbita
En la naturaleza no hay átomos de hidrógeno aislados, sino que están combinados con otros elementos, o consigo mismo. Cuando hablamos de hidrógeno como gas, nos estamos refiriendo a la molécula
Aunque en la naturaleza hay muchísimos tipos de minerales y materiales, es sorprendente la simplicidad subyacente a todos ellos. Al final están compuestas por átomos unidos entre sí. Y lo único en que se diferencian estos átomos es en la cantidad de protones que hay que hay en el núcleo. Esto permite organizarlos fácilmente en la conocida tabla periódica de los elementos. El hidrógeno tiene sólo 1 protón, por lo que se le asigna el número 1.
El siguiente elemento es el Helio, cuyo símbolo es He, que está formado por 2 protones. En su núcleo hay 2 protones, que están orbitados por 2 electrones
A diferencia del hidrógeno, el Helio NO SE COMBINA CON NADA. Por eso recibe el nombre de gas inerte. Es un átomo muy estable, que no interacciona con ningún otro átomo, ni siquiera consigo mismo. Como tiene 2 protones en el núcleo, su número asignado es el 2
El resto de elementos siguen este simple patrón: cada vez tienen un protón más. El litio (Li) tiene 3, el Berilio (Be) 4, el Boro (B) 5... con sus correspondientes electrones
Pues bien, el átomo de cobre (Cu) tiene 29 protones y 29 electrones, por eso tiene asignado el número 29
El cobre, como material, está formado por millones de átomos agrupados formando una estructura 3D, que denominamos estructura cristalina. Están empaquetamos en una estructura de tipo Cúbica Centrada en las Caras que es muy compacta. En este dibujo se muestra esta estructura, suponiendo que los átomos son esferas
(Dibujo)
🚧 TODO 🚧
- Imagen IBM en átomos By IBM Almaden Research Center - https://web.archive.org/web/20210510184405/https://foresight.org/UTF/Unbound_LBW/chapt_4.html, Fair use, https://en.wikipedia.org/w/index.php?curid=36514818