Electrónica y Química

Empezaré por definir qué se entiende por Electrónica y Química. Por un lado, electrónica se define como la rama de la física que estudia y utiliza sistemas cuya operación se basa en la conducción y el control del flujo de electrones (corriente eléctrica). Por otra parte, la química se define como la ciencia que estudia las diferentes formas y estructuras de la materia, sus propiedades, los procesos de transformación de la misma, las leyes que rigen esos cambios así como los usos a que se pueden destinar los diversos materiales.

Figura 1. Esquema básico de un transistor de efecto de campo MOS

Figura 1. Esquema básico de un transistor de efecto de campo MOS

A partir de estas definiciones, pareciera no tener nada que ver la electrónica con la Química, sin embargo, muchas veces se unen para dar lugar a grandes inventos. Es pues, a partir de estas definiciones, que trataré de explicar en este artículo cuál es esa relación que guardan la Electrónica y la Química. Para esto, primeramente describiré dónde encontramos la electrónica y la química en nuestra vida diaria.

En el primer caso, estamos siendo testigos de los grandes progresos tecnológicos de la electrónica y el confort que su desarrollo nos brinda, ejemplo de esto son los teléfonos celulares de tamaño reducido con múltiples aplicaciones, los aparatos de televisión de alta definición y las computadoras portátiles, entre muchos otros desarrollos. En lo que respecta a la química, la encontramos en algo tan simple como beber un vaso de agua compuesta por hidrógeno y oxígeno (H2O). En el aire que respiramos conformado entre otros elementos por nitrógeno (N), oxígeno (O2) y bióxido de carbono (CO2). En la cocina encontramos la sal de mesa o cloruro de sodio (NaCl).

En particular, el conocimiento de la química permite comprender el funcionamiento de los materiales semiconductores como son el germanio (de la tabla periódica de los elementos se encuentra que es elemento químico de número atómico 32 y símbolo Ge), y el silicio (es el elemento químico de número atómico 14 y símbolo Si); y que son base fundamental en la industria de la electrónica con los que se logra la fabricación de, por ejemplo, diodos y transistores, los cuales a su vez permiten la producción de equipos electrónicos. Esto implica entonces, que aún para los estudiantes de electrónica es indispensable tener un conocimiento básico de la química.

A manera de ejemplo, a continuación describiré la estructura más simple de un transistor de efecto de campo del tipo metal-óxido-semiconductor (MOS), el cual se fabrica en un substrato o cristal de silicio que puede ser del tipo P, dopado con fósforo (el fósforo es un elemento químico de número atómico 15 y símbolo P), o del tipo N, dopado con Boro (el boro es un elemento químico de número atómico 5 y símbolo B), lleva una capa de óxido de silicio (compuesto de silicio y oxígeno, llamado comúnmente sílice, obtenido mediante la relación Si + O2 → Si02), dos difusiones o regiones que pueden ser del tipo P o N, y otra capa de un metal, la cual es generalmente aluminio (elemento químico de símbolo Al y número atómico 13).

La estructura de este tipo de transistor se ilustra en la figura 1, donde se aprecian los elementos anteriormente descritos, así como sus terminales de fuente, drenaje y compuerta. Por el momento no entraré en detalles de su operación, sólo basta decir que es un dispositivo cuyo flujo de electrones de la región de drenaje a fuente es controlada por la compuerta.

p-10bHasta este momento he explicado la estructura básica de un transistor de efecto de campo, poniendo de manifiesto que la química juega un papel muy importe en dicha descripción. Por otra parte, dado que un transistor es el dispositivo que actualmente se encuentra prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario, generalmente en los circuitos integrados, y éstos a su vez permiten la fabricación de equipos electrónicos. Y precisamente, resulta que algunos de estos equipos son utilizados en el campo de química. Un buen ejemplo de esto es el medidor electrónico de índice de acidez o alcalinidad del agua para el consumo humano, sabemos que el valor ideal debe estar en 7.4 pH, por lo que es necesario un instrumento que lo mida con precisión. Por otro lado, en el campo de la medicina podemos mencionar al oxímetro, un instrumento electrónico por medio del cual es posible la medición de los niveles de oxígeno (O2) en la sangre. Podríamos mencionar muchos más ejemplos, pero es seguro que cuando vamos a consulta o a hacernos algunos análisis clínicos, podemos verlos funcionando.

En conclusión, podemos decir que el uso adecuado de los conceptos químicos ha permitido, entre otras cosas, la fabricación de dispositivos electrónicos y, por consiguiente, equipos que permiten el monitoreo o medición de parámetros químicos. Es decir, se ha llegado a un punto en el que la Química y la electrónica o bien la electrónica y la Química se encuentran estrechamente relacionadas. Incluso, actualmente se siguen realizando investigaciones de las propiedades químicas de diversos materiales semiconductores que permitan la fabricación de dispositivos para aplicaciones muy específicas. Al parecer se trata de una carrera científica-tecnológica que parece no tener fin.

 

zaldivar@inaoep.mx