Jugando con electrones

[anilandro]

En esta nueva imagen pueden verse los taquitos de alúmina que cierran los espacios de separación entre el principio y el final de cada espira, aunque en realidad ambos puntos se mantienen suficientemente separados por la tensión de la propia espiral, sin peligro que lleguen a tocarse.

En esta prueba utilizo un tipo de alúmina distinta, más "acartonada" y que por tanto se deshace menos, que también me envió el mecenas Gerardo de CCAA junto a ladrillos de óxido de calcio de baja densidad y otros materiales aislantes térmicos que mi isla son imposibles de encontrar...

La resistencia ya envuelta con la alúmina...

...Y en el momento de insertarla en el soporte de inox perforado...

Ahora ya no hay ningún peligro que las espiras se toquen al funcionar. Le añado las conexiones eléctricas, lo conecto al variac, le introduzco el termopar y le doy un poco de caña a ver que hace. Con apenas 50 Volts se puede ver el rojo cereza en el interior del tubo de cuarzo, por fuera, el aislante humea bastante, seguramente por ser usado y estar algo sucio. De todas formas, a través del inox perforado se adivina que la alúmina se ha oscurecido bastante. No sé si esto es normal a esta temperatura...

Esta resistencia es de 115 Volts, porque el grill de donde la saqué llevaba dos en serie para sumar los 230 Volts. En esta disposición, con poco más de 50 Volts rápidamente alcanza una temperatura de 700 Cº, y para ser la primera prueba no quiero apretarlo más. Reduzco la tensión hasta que se estabiliza sobre los 500 Cº. En este momento mido la tensión y es de 39,5 Volts, mientras que la intensidad consumida es de 1,41 Amps. Es decir, con tan solo 55 W. de potencia consumida consigue mantener la temperatura normal de difusión de dopantes en el germanio...

...Así que de momento bien. Mañana, un poco más...

Saludos a todos

 

[Dr. Zoidberg]

Mooooiiiiii bueeeennnooooooooo!!!!!!

 

[anilandro]

En la última prueba del horno de tubo de cuarzo ya comenté que al calentarse por primera vez el aislante estuvo humeando unos 5 minutos, quedando bastante ennegrecido, eso a pesar de que no pasé de 700 Cº (aunque sin duda el hilo de resistencia estaba a mayor temperatura). El caso es que al ver como de negro había quedado el exterior ya imaginé cómo estaría el interior, estaba en contacto con el hilo...

...así que desmonté la resistencia y tuve la sorpresa de ver que mientras el aislante exterior mostraba un aspecto casi carbonizado, el interior está blanco impoluto. Eso puede verse en la imagen siguiente, en que el rectángulo de la izquierda era el que estaba en contacto con la resistencia, y no tiene la menor traza de quemazón, y de igual forma también están intactos los "taquitos" que separan los extremos de las espiras, en cambio el rectángulo de la derecha era el superior, que estaba en contacto con el contenedor perforado de inox, y que parece un churrasco, además de deshacerse con facilidad...

En un principio pensé que podría ser a causa de la oxidación atmosférica, pero realmente el material es tan poroso que también debe haber aire en el interior. Al final resulta que este material tiene una especie de endurecedor superficial de la cara externa para evita que se deshaga, y es precisamente este producto el que se quema. De todas formas, es posible que este material concreto no sea fibra de alúmina, si no algo que no aguanta tanta temperatura... Entre los materiales que me envió un campañero (aparte de los ladrillos de óxido de calcio de baja densidad), hay un rollo de cinta de amianto (a la izquierda), manta y trozos sueltos de alúmina (en el centro) y lo que he utilizado (a la derecha)

He llevado a cabo una prueba improvisada para ver las diferencias entre los dos últimos materiales, simplemente poniéndolos sobre el fuego de la cocina. Mientras la verdadera alúmina se pone al rojo y se mantiene sin cambios, el otro material se quema superficialmente, en interior se pone amarillo y se deshace luego con sólo tocarlo con los dedos... El amianto no lo he probado, porque ya sé lo que aguanta, porque de todas formas no lo pienso usar y porque en el interior de los mechones trenzados tiene hilos metálicos, lo cual no es demasiado conveniente en contacto con resistencias que llevan corriente.

En todo caso, mañana reharé el aislante utilizando exclusivamente el material central de óxido de aluminio, de que tengo una buena provisión...

Saludos a todos

 

[anilandro]

Sobre la parte ennegrecida del aislante del horno, no es problema de suciedad o grasa, es que se ha quemado el producto que se le añade a las fibras para fijarlas en forma de láminas de unos 5-6 mm de grueso. Pero ya digo que creía que el material base era alúmina, pero no lo és, si no otro material que no parece aguantar tanta temperatura...

Más pruebas utilizando esta vez sí manta de alúmina como aislante. Monto la resistencia en un par de minutos y le doy tensión. La temperatura sube bien, como el aislante es nuevo y además hay algunas vueltas de hilo de coser para que estuviera sujeto antes de introducirlo en el cilindro de inox perforado, humea un poco a partir de los 300 Cº, pero se para rápido y nada se ennegrece. Esta vez lo aprieto un poco más, subiendo la temperatura hasta 850 Cº. El tubo de cuarzo está visiblemente rojo, así como también se trasparenta a través del aislante, que no es tan opaco como el anterior.

...Todo bien, luego subo hasta los 1.000 Cº, y sin superar los 60 Vca de alimentación, de hecho debo bajarlo un poco porque sigue subiendo. El rojo es ahora más visible, y se nota convección de aire caliente sobre la envolvente de la resistencia, pero los soportes metálicos apenas están calientes y los extremos del tubo no deben llegar a los 40 Cº...

En fin, en este aspecto voy a dejar el sistema de caldeo como está. Una última foto que he hecho a 1.000 Cº pero con la luz apagada... El diablo se encontraría cómodo ahí adentro...

Continuará...

Saludos

 

[anilandro]

Un nuevo pasito ...1.100 Cº, y con una excitación de 55 Volts...

...Ahora ya no humea en absoluto y a esta temperatura se puede poner la mano a 3-4 cm sobre el protector de inox sin que la convección te queme... En cuanto a la disipación de la resistencia está alrededor de unos moderadísimos 100 W.

Ahora deberé comenzar a pensar cómo ha de ser el control de gases inertes y de temperatura. Para esto último fabricaré un termopar K con hilos de cromo-alumel de tan solo 0,1 mm, cuya soldadura irá justo al lado de la muestra de semiconductor que se trate en el mini-horno, seguramente todo ello montado en un soporte de mica rectangular de 9,8 x 120 mm. que permita posicionarlo desde el lateral izquierdo del tubo.

La señal del termopar, que de forma bastante proporcional viene a ser de 40 mV a 1.100 Cº, se amplificará x100 mediante un operacional hasta conseguir los 4 Volts a esta misma temperatura, con lo cual, efectuando algunos cálculos, tenemos que...

- La tensión del termopar en realidad es proporcional a la temperatura absoluta, es decir que 4 Volts de salida del amplificador sería a 1.100 + 273 = 1.373 K
- A la vez, 4 volts de lectura en una entrada A/D de 10 bits del Arduino corresponderán a un valor de salida de 1024 x 4 / 5 = 819 pasos digitales.
- Entonces, 1.373 K corresponden a 819 pasos, 0 Cº, es decir 273 K corresponderán a 819 x 273 / 1.373 = 162 pasos digitales.
- Con lo cual, entre 0 Cº y 1.100 Cº tendremos una variación de lectura de 819 - 162 = 657 pasos digitales.
- La resolución de control de temperatura será entonces de 1.100 / 657 = 1,67 Cº , es decir, mejor de 2 Cº

...A la vez, como la entrada analógica mide hasta los 5 Volts, El Arduino en realidad podría controlar la temperatura hasta los 1.100 x 5 / 4 = 1.375 Cº

Saludos a todos

 

[anilandro]

La primera función de este mini-horno una vez esté acabado será permitirme efectuar difusiones de dopantes P sobre germanio tipo N. Estas difusiones se hacen con ciertos elementos de valencia 3, como el indio, un metal brillante, bastante escaso y parecido al estaño, que funde a 180 Cº. La temperatura de dopado es de 500 Cº (siempre en atmósfera de gas inerte), en un tratamiento que puede durar hasta 12 horas. Luego, se somete a un segundo "cocido" a 200 Cº para que la unión formada entre el indio y el germanio se re-cristalice.

...Naturalmente, esto es un dopado superficial o de capa, si se quiere obtener un bloque de germanio N, lo que se haría sería fundir el germanio a algo más de 950 Cº, incorporándole directamente el dopante de valencia 5 (como el arsénico o el fósforo) en proporciones muy pequeñas, más o menos de 1 átomo por cada 100 o 1.000 millones de átomos de material base. Para este caso se utiliza un horno muy distinto, de inducción de radiofrecuencia, que en cambio no puede usarse para el dopado de puntos o de capas por la imposibilidad de controlar la temperatura de manera mínimamente uniforme, ya que el calentamiento siempre depende de la conductividad de los materiales.

Para algunas de las experiencias es necesario manejar elementos muy pequeños, del orden de décimas de milímetro y hasta menores, y para eso no sirven las lupas de visera que más que ampliar lo que hacen es permitir que los ojos enfoquen desde más cerca. Por este motivo he tenido que conseguir una lupa binocular de 20-40x que además de ser estereoscópica, permite un espacio de trabajo de 6 o 7 cm. bajo los objetivos. Antes me había comprado unas gafas chinas con aumentos de 10, 15 y 20x, por unos 12€, que como es normal no sirvieron para casi nada, ya que era necesario pegarse a 1 cm. del objeto y a esta distancia sólo se podía mirar por uno de los ojos...

Mientras tanto sigo leyendo sobre el tema de los semiconductores y los primeros transistores de punta de contacto en viejos "papers" publicados a finales de los 40 y principios de los 50 en revistas de física americanas y descubriendo interesantes conceptos, algunos de los cuales, incluso, veo que están equivocados en las descripciones actuales más generalistas de la wikipedia y similares.

Saludos

 

[anilandro]

Esta tarde he montado un pequeño circuito con un simple transformador de 230/18+18 y me he dedicado a obtener las curvas de conducción de algunos cristales. El primer lugar he probado el carborundo, o carburo de silicio, un cristal artificial de gran dureza que se utiliza para fabricar elementos abrasivos. El carborundo también tiene características semiconductoras y fue utilizado en el primer decenio del siglo XX para detectar señales de radio. Según los circuitos de esta época que he visto, estos rectificadores debían funcionar polarizados, y la explicación que figura en los libros es que tenían un voltaje umbral muy alto y por tanto era necesaria la polarización para que las débiles señales de radio traspasaran dicho umbral y tras ser filtradas alcanzaran los auriculares del receptor...

Al observar la curva en el osciloscopio veo en efecto el considerable umbral, que es de casi 10 volts (el eje X está ajustado a 20 Volts/división), pero también caigo en otro detalle, que las curvas directa e inversa son idénticas, con umbrales y pendientes de signo inverso pero iguales, con lo cual el presunto detector no muestra conducción diferencial, y por tanto no podría rectificar en absoluto...

¿Entonces cómo se utilizaba para detectar las señales de radio? ...pues deduzco que por pura casualidad, porque los pioneros de la radio se debieron dar cuenta que al polarizarlo comenzaban a oírse las estaciones de radio e incluso variaba el volumen con la polarización, pero lo que ignoraban era que ésta no actuaba compensando el umbral, si no desplazado la curva de manera que todo el umbral, tanto el inicialmente negativo como el positivo, quedaba ahora en la zona de conducción inversa, mientras que en la directa era el punto que comenzaba a conducir. Esto he podido comprobarlo conectándole una fuente de alimentación con lo polos cambiados y restándole sobre los 10 Volts a la señal de entrada, con el resultado de la nueva curva que podemos ver en la siguiente imagen y que rectificará la semionda positiva... Si la fuente de polarización fuera positiva, la curva se desplazaría hacia la derecha y entonces rectificaría la semionda negativa.

En esta configuración, el cristal de carborundo, ya conduce solamente en un sentido y por tanto sí actúa como rectificador. La nueva tensión de avalancha inversa no es muy alta, obviamente de unos -20 Volts (el doble de la tensión umbral inicial), pero no importa porque las señales de radio habituales que puede recibir una antena son de voltaje mucho más bajo que 20 V de pico, y aunque con alguna emisora muy cercana fueran superiores, siempre existirá una rectificación diferencial en uno de los dos sentidos que hará audible la señal...

Un saludo a todos

 

[DOSMETROS]

Eso es un único grano de carborundo o es parte de una piedra esmeril de granos unidos ?

 

[anilandro]

Hola DOSMETROS, esto es un fragmento de carburo silicio de unos 3 cm tal como sale del horno eléctrico donde se sintetiza (ya que este compuesto no existe en la naturaleza), o tal vez es un fragmento de un trozo mayor. Para fabricar papel esmeril lo que se hace es moler estos fragmentos hasta conseguir la granulometría deseada. Si como "piedra esmeril" te refieres a la piedra natural llamada de esta forma, está compuesta básicamente corindón, que es un óxido de aluminio casi tan duro como el carborundo.

Saludos

 

[DOSMETROS]

Me refería a las piedras esmeriles verdes de carburo de silicio.

Las grises son de óxido de aluminio.

 

[anilandro]

Eso no lo sabía, DOSMETROS, antes de experimentar con estos compuestos nunca había distinguido los tipos de esmeril...

Sigo con algunos cristales naturales...

Pruebo las piritas, de las que algunos aseguran que aparte de rectificar también tiene zonas de la interesantísima "resistencia negativa". Pero resulta que mis piritas no parecen tan sofisticadas...

...dos de ellas conducen a manta en ambos sentidos, como un trozo de hierro, vamos... y una con un par de bonitas maclas tiene un rinconcito minúsculo en forma de hueco triangular que muestra efecto rectificador... pero que tampoco es para echar cohetes al aire.

De esta imagen la escala es de 10 Volts/div, tanto en horizontal como en vertical...

Con una pirita de medio kilo que tengo hace treinta años en una estantería ha habido mejor suerte. La resistencia negativa sigue esquiva, nada, ni rastro, pero en un punto determinado la función rectificadora está bastante más marcada...

En la pirita observo que los mejores puntos suelen ser los pequeños, un poco hundidos respecto a los aledaños y de superficie irregular, con brillo algo apagado. Las zonas planas y brillantes son de alta conducción casi exclusivamente óhmica, sin interés para lo que queremos.

El punto de la imagen anterior ha mostrado una rectificación excelente pero igualmente muy esquiva...

...Y por cierto, a veces noto un fenómeno extraño, como si algunas curvas mostraran histéresis, en concreto, ampliando la respuesta del carburo de silicio que colgué dos mensajes atrás se observa muy bien la doble curva en el momento de paso por el punto cero. Ninguna resistencia óhmica hace esto, ni la mayoría de los cristales, y tampoco parece ser un fenómeno de tipo magnético, si no tal vez de retención momentánea de cargas, o de excitación de los átomos del material que mantendría más portadores libres... no sé, la razón de esto se me escapa...

Saludos...

 

[anilandro]

Lo que sí he notado con la pirita son puntos que a tensiones relativas medias y altas (20-36 V) generan oscilaciones parásitas, pero muy fugaces e inestables, y no parecen resistencias negativas, si no defectos en el punto de contacto, al menos su forma en el osciloscopio es distinta a lo que se espera.

Sobre el tema de mi teoría de la acción del Carburo de Silicio, he encontrado algunas imágenes de rectificadores de principios del siglo XX que me demuestran que en efecto la "rectificación" no venía de los contactos con puntas o cantos metálicos, si no del un contacto firme y el desplazamiento de los umbrales mediante la polarización...

En la imagen se ve que no hay nada asimétrico, tipo superficie-punta, si no que en realidad el carborundum está simplemente sujeto entre dos placas metálicas. Otros rectificadores de este material más elaborados también siguen la misma pauta, indicando además en sus etiquetas las palabras "Permanently Fixed", lo que significa que tanto el componente como los contactos internos eran permanentes y fiables, a diferencia de los rectificadores de punta de contacto, especialmente de la galena, cuya punta era muy sensible a las vibraciones y además debía moverse y reajustarse cada poco tiempo para mantener una aceptable recepción...

Rebuscando en el trastero he localizado mi vieja caja de minerales (que cambié de niño por un viaje a Barcelona) y sobre el tema que tratamos, aparte de un pequeño trozo de pirita sin nada especial, he encontrado una galena que presenta rectificación muy floja y en escasos puntos, pero en cambio muestra una visible histéresis que comienza justo acaba la zona más relajada cercana al cero...

Las unidades de los ejes X e Y de todas las curvas, menos la que indica otra cifra, son 20 V/div. La del eje Y está medida sobre una resistencia de carga de 4,7 K.

También hay en la caja dos ejemplos más de minerales con conducción no lineal. El primero es un fragmento de magnetita (una combinación de óxidos de hierro que presenta un leve magnetismo), y que muestra una curva similar al carburo de silicio, igual en los dos sentidos de conducción, pero con el doble umbral menos marcado y con más pendiente, por lo cual apenas tendría utilidad como rectificador polarizado...

...El segundo mineral está formado por cristales de blenda (sulfuro de zinc), también de doble conducción, Aún con menos umbral diferenciable pero también con una visible histéresis que además difiere de la observada en galena, ya que que manifiesta mucho más hacia los extremos de la polarización, que recordemos, es de unos 36 Vpp.

...Y por último, para comparar, he probado de nuevo mi diodo de germanio OAhg... que después de un algo más de un mes de construido sigue mostrando las características del primer día, perfecta rectificación y débil corriente de fuga que se mantiene sobre los 11 uA a 12 volts...

...Aquí una ampliación de la zona del codo del mismo diodo, a una escala de 1 Volts/div (mientras la anterior era de 20 Volts/div), y que también muestra una ligera histéresis en la pendiente de conducción directa...

Por cierto, la cajita de minerales, a la que tengo gran apego por los recuerdos que me trae, es ésta...

Saludos a todos

 

[anilandro]

Bueno, unos últimos apuntes sobre el carburo de silicio y ya pasaré a otra cosa.

Dije que el umbral que había medido era sobre los 10 Volts, pero eso naturalmente era al medir la piedra entera, en la que hay multitud de cristales amontonados formado agujas, como el castillo del mago malo del Señor de los Anillos. El carburo de silicio se utiliza también para los "varistores" o resistencias de protección VDR (Voltage Dependent Resistor), y suelen tener la forma de un disco de polvo sinterizado con los extremos plateados en donde van soldados los electrodos. En mis cajas de materiales guardo algunas de tales resistencias procedentes de desguaces. La mayoría estaban en primarios de fuentes conmutadas y por lo tanto son de una tensión relativamente alta, como de 480-600 Volt, pero tengo algunas de tensión más baja...

...Estas dos, en concreto, son de 60 y 70 volts, lo cual he podido comprobar subiendo la tensión alterna de prueba hasta que en el osciloscopio ha aparecido la siguiente curva...

...Las resistencias VDR también se fabrican con óxido de zinc, pero su curva es distinta, con puntos de conducción mucho más abruptos, como muestra la siguiente imagen. En todo caso, ninguna de las que tengo de baja tensión, parece ser de este tipo.

La idea, entonces, era conseguir un elemento de SiC que tuviera un umbral más bajo, y para ello he cortado la VDR con un dremel y un disco de diamante, y he intentado conseguir una lámina lo más fina posible, pero el carborundo es trementamente duro (por eso se usa como abrasivo), y e incluso al disco de diamante le cuesta bastante ir comiendo décima a décima... he insistido, pero cuando lo tenía casi a punto la lámina simplemente se me ha deshecho a trozos... Así que dejo las VDR y corto una pequeña parte de la piedra de carborundo, eligiendo que quede al menos una cara plana en la parte superior, lo que garantiza cierta homogeneidad interna del fragmento...

...Luego voy rebajando esta cara y en paralelo el plano inferior. La idea es que ambas caras sean mate para estabilizar las características, siempre más inestables en las caras pulidas. Con bastante cuidado por el pequeño tamaño del fragmento consigo rebajarlo hasta un grosor de tres o cuatro décimas, aunque creo que el disco de corte me ha quedado para el arrastre. Luego fijo la diminuta lámina sobre una base de hojalata, con una gota de pintura de plata conductora en la parte baja y cianocrilato alrededor...

El "bigote" es el típico de bronce fosforoso de 0,2 mm, y nada más conectarlo observo como en efecto el umbral ha disminuido de forma apreciable. La primera imagen es de la curva con 20 V/div, mientras que la siguiente es de tan solo 5 V/div, en el cual observamos que el umbral ha quedado reducido a tan solo 1,5 volts

...En esta última imagen se nota un pequeño "desplazamiento" del punto central, más o menos correspondiente a 1 Volt, como si de alguna manera apareciera un pequeñísimo efecto rectificador. En principio esto puede deberse al efecto de la punta en una cara con respecto a la base ancha en la otra, pero la mayor parte es debida a los años que tiene mi osciloscopio, que al cambiar de sensibilidad siempre he de retocar los centrados porque tienen tendencia a variar.

Esto enlaza un poco con lo que dice la Wikipedia sobre los varistores de carburo de silicio. En la descripción dice que los gramos están aglomerados en todas direcciones, lo cual hace que los pequeños "diodos" formados se agrupen en tanto en serie como en paralelo y en ambos sentidos, por lo cual la respuesta es simétrica respecto a las corrientes alternas ...Pero yo insisto, no me parece que haya diodos, al carburo de silicio en su estado original no le veo efecto rectificador significativo, todo cuanto hace es por los umbrales y la polarización, y para demostrarlo he realizado la siguiente prueba...

...He cambiado la excitación de alterna de 50 Hz y más de 70 Volts por 10 Khz y tan solo 3 volts. Cambio también la disposición del osciloscopio para que muestre en el canal inferior la señal excitadora y en la superior la salida de supuesto "diodo", y como puede verse, esta señal superior es simétrica, no hay rectificación, sólo la deformación causada por ambos umbrales y los picos centrales que destacan en las dos polaridades...

Seguidamente he añadido una fuente de alimentación variable en serie con la señal de entrada y he ido aumentado la polarización, observando como uno de los picos iba creciendo mientras el otro menguaba hasta desaparecer. El mejor valor de polarización ha sido de 2,2 Volts, que ha dado lugar a lo que muestra la última imagen, donde sí puede verse que la señal inferior aparece en la parte superior bien rectificada.

Saludos a todos...

 

[anilandro]

Una nueva prueba de rectificación por desplazamiento de umbral, en este caso utilizando silicio en vez de carborundo.

El bloque de silicio de casi medio kilo que muy amablemente me regaló un compañero de otro foro y que presumiblemente procede de una fábrica de células solares, es de características desconocidas en cuanto a pureza y dopaje. Su resistencia es tirando a baja (ahora no recuerdo los datos que obtuve de forma precaria hace un tiempo), lo cual significa o bien que su grado de pureza no es muy alto o que por el contrario está dopado probablemente con impurezas tipo P. Así que en el largo proceso que lleva desde la arena inicial a las células solares, hay tantas etapas que en mi falta de conocimientos y capacidad de análisis no sabría decir en qué punto se encuentra.

El caso es que frente a una punta de contacto (y sin haber realizado el proceso del "forming") este silicio parece comportarse de forma parecida al carborundo, sin crear una rectificación clara, sólo muestra pequeños umbrales positivos y negativos, pero con este último mucho menor que el anterior. Es decir, mientras los umbrales del carborundo son bastante iguales, aunque no idénticos (el negativo es ligeramente menor que el positivo), en este caso el negativo es mucho menor.

...Con esta respuesta no podemos utilizarlo a igual que he hecho con el germanio en el diodo OAhg!, creando un rectificador de tipo Schottky, pero sí como el carborundo para pequeñas señales, de un máximo de 0,5 Volts, desplazando el umbral más pequeño mediante una polarización, que en este caso es mucho más pequeña que con el carburo de silicio.

La siguiente imagen muestra la rectificación normal de esta unión, de una señal de 0,3 Vpp. Observando que respecto a una unión de punta de contacto de germanio, la polaridad es inversa... (aparte que los canales del osciloscopio están cambiados, con la entrada arriba y la salida abajo)

...Ahora lo polarizamos con tan solo 0,2 volts y la salida aumenta de manera evidente...

...mostrando además unas líneas de corte mucho más marcadas que las del carborundo, lo que podría indicar más movilidad de los portadores de estas muestras y una mejor respuesta a frecuencias altas...

En fin, sigo con las pruebas y también con un par de horas diarias de lectura de la abundante información que he encontrado, la mayor parte de la cual me estoy tragando en inglés (con grandes dificultades) y otra más reducida traduciéndola al español página a página con el trabalenguas del Google. Sin duda es un tema para tomárselo con calma, ya que tanto las improvisadas pruebas como estos textos me van despejando dudas y una vez más hacen que me maraville ante el ingente trabajo de investigación de tantos personajes casi anónimos cuyo genio cambió el futuro de la humanidad ...mientras que en la tele ha finalizado la película que hacían sobre no sé qué asesinato de una modelo ninfococainómana y ahora unos tipos casi histéricos discuten entre sí sobre otros llamados Ronaldo y Messi, rodeados de glamour mediático y de cifras de centenares de millones de euros, aunque su única habilidad conocida sea saber darle (la habilidad no la discuto) coces a un balón...

Saludos a todos

 

[anilandro]

La lupa binocular de 20-40x está resultando un ayuda inestimable para trabajar con elementos muy pequeños, como un diodo de germanio de tan sólo 7 u 8 mm. de largo al que le he cortado una parte del cristal con un disco de diamante. En la imagen tomada con una vieja cámara Nikon Colpix 4300 colocada sobre el ocular, se aprecia muy bien el metal de contacto inferior la placa de germanio, la propia placa, cuyo grosor no debe superar las 50 micras y la punta de contacto...

...En esta segunda imagen se ve la plaquita de un diodo de germanio que tendrá más o menos 1 mm de lado, que muestra algunas erosiones provocadas por una descarga excesiva en el proceso de "forming". La magnificación viene a ser de 40x

...Otra plaquita víctima de un "forming" excesivo, que en este caso ha causado un auténtico cráter destruyendo la propia placa...

Una parte de mi diodo OAhg!, aunque no se ve la placa de germanio por estar tapada a causa de la vaporización interna producida durante el proceso de "forming". Como referencia del tamaño, el hilo del muelle de bronce fosforoso es de 0,18 mm...

...Y algo que no tiene que ver con los componentes anteriores, un fragmento de mineral fluorescente de calcita-manganeso iluminado con ultravioletas

Saludos a todos...

 

[anilandro]

Por fin he conseguido curvas de resistencia negativa con un cristal. Se trata de un par un fragmentos de zincita que me ha pasado un compañero de otro foro junto a otros interesantes materiales, ya que con las piritas que tengo no había habido manera de conseguirlo, así como con contactos de acero galvanizado sobre aluminio, tal como muestra Nyle Steiner en su web...

El fragmento de zincita parece un corte de un cristal exagonal, y el efecto se manifiesta entre varios puntos de los extremos de las caras originales, que ahora están en el lateral. Para los contactos he utilizado dos puntas de acero de cierta consistencia, que sujetan el cristal por ambos lados. La base, en este caso, es sólo de soporte, y está cubierta por plástico adhesivo y por tanto el metal no afecta a las características eléctricas del cristal...

...En la siguiente imagen se ve perfectamente la característica de resistencia negativa en el ciclo positivo, mientras el negativo muestra un comportamiento casi óhmico. Al subir la tensión sube la intensidad con bastante pendiente, pero en un cierto momento la intensidad comienza a disminuir pese a seguir subiendo la tensión hasta más o manos los 18 Vp. En esta zona de caída es donde se manifiesta el fenómeno que asociado a un circuito LC permitiría generar oscilaciones alternas mantenidas, tanto de baja frecuencia como de radiofrecuencia...

La forma de la curva es muy variable con la posición de las agujas con respecto al cristal, e incluso con las agujas quietas se muestra bastante inestable. En la próxima imagen también se ve el efecto de resistencia negativa, pero desde otros parámetros, simplemente por haber variado levemente la posición de una de las agujas.

En fin, sumamente interesante, es la primera vez que consigo experimentar con este fenómeno. Mañana intentaré acoplarle el circuito LC para hacerlo oscilar...

Un saludo a todos

 

[DOSMETROS]

Esperamos el oscilador !

 

[anilandro]

Todo llegará, DOSMETROS, pero hay un poco de historia de por medio. El problema con la zincita es que es muy difícil encontrarle "puntos sensibles", y no ya que presenten resistencia negativa, si no únicamente que conduzcan unos pocos microamperios. La impedancia es en general muy alta y para conseguirlo es necesario utilizar puntas de cierta consistencia, el hilo de bronce fosforoso por su flexibilidad no me sirvió, y tuve que utilizar hilo de acero de 0,5 mm, con lo cual fue inevitable que durante las pruebas el cristal se fuera erosionando. Éste, en concreto, llegó a estar tan machacado que de cada vez era más complicado encontrar puntos conductores en las caras laterales...

...Entonces, para poder continuar realicé una búsqueda de zincita en internet, y la sorpresa fue que es un mineral escaso y caro, (hasta 1.000 € las piezas grandes de colección), y suele estar además en forma de cristales muy pequeños mezclados con otros minerales, como la willemita que además de óxido de zinc contiene sulfuros, o combinado con calcita y muchas impurezas metálicas. Los cristales exagonales como el que había probado son aún más escasos. Al fin encontré una oferta en Polonia a un precio razonable, unos 23 € por un cristalito de apenas 2,8 cm y 5,3 gr de peso, pero que cortado a rodajas con un disco de diamante podría dar material para bastantes pruebas...

...Pero mientras esperaba el envío se me ocurrió probar una opción que aconseja Nyle Steiner en su web: oxidar la capa de zinc presente en una plancha de hierro galvanizado. Realicé una cuantas pruebas simplemente poniendo una chapa de este tipo al rojo en la cocina de butano y esperando que el oxígeno del aire hiciera el resto ...y funcionó, pero a medias, porque los cristales obtenidos resultaron prácticamente invisibles a simple vista. En la siguiente imagen se pueden observar con una ampliación a 20x...

Una nueva prueba para conseguir cristales más grandes fue realizar una improvisada electrolisis, tomando dos pequeñas perlas de zinc, aplastándolas con unas alicates hasta darle el grosor de 1 mm, y luego utilizándolas como electrodos de una improvisada "mini-cuba electrolítica" en un tapón de agua mineral...

...Pero en casa no tengo productos químicos, y como no quería añadir sal de cocina al agua para hacerla conductora, porque entonces el cloro y el sodio, en combinación con el resto, pueden acabar dando productos que no sabré ni clasificar ni separar, se me ha ocurrido probar con agua oxigenada del botiquín (aquí es donde los químicos se comienzan a arrancar las cejas), porque ya que se trata de oxidar, que la molécula contenga más oxígeno pienso que no puede ser ningún problema ...Y el caso es que la cosa parece haber funcionado... He mantenido los electrodos "burbujeando" durante un par de horas a 20 volts, con una intensidad inicial de tan sólo 10 mA, que ha ido disminuyendo por si sola hasta los 2,5... Al desconectarlo y secar los electrodos con aire caliente he visto que ambos, tanto el positivo como el negativo estaban cubiertos por una capa blanca cristalina relativamente gruesa (mucho más que en la chapa oxidada a la llama de un soplete), aunque algo distinta de aspecto de uno a otro. El mismo producto parece haberse ido desprendiendo del electrodo negativo y depositándose en el fondo del tapón.

...Elucubrando con mi reconocida ignorancia en el noble arte de la química, pienso que por los elementos implicados sólo puede ser óxido o hidróxido de zinc. El primer caso se refuerza al comprobar que es insoluble en agua...

Una ampliación del electrodo negativo (que al comenzar era brillante), tiene ahora este aspecto con una ampliación de 20x...

...En cuanto al residuo que ha quedado en el fondo de la "mini-cuba"...

...Y todo eso muy bien, pero ¿realmente hemos conseguido algo "semiconductor"? ...Pues la verdad es que ha costado un poco comprobarlo, porque "pinchado" con un bigote de bronce fosforoso o no conducía o lo hacía a tope...

Al final, jugando con la presión de la punta he obtenido una curva típica de semiconductor, muy parecida a la del carburo de silicio aunque mucho menos estable, dos umbrales casi simétricos de unos 3-4 volts y luego una conducción prácticamente lineal en ambos sentidos...

...Pero en este momento no obtuve ni rastro de resistencia negativa, por lo cual tuve que insistir a través de otro camino...

Continuará...

Un saludo a todos

 

[anilandro]

A causa de los mediocres resultados del óxido de zinc electrolítico, he probado otra manera de oxidar este metal, de nuevo con calor, pero utilizando un soplete de gas butano en vez de la llama de la cocina, con lo cual supongo alcanzaré mayor temperatura. Tomo un pequeño rectángulo de plancha, lo enfrento a la llama y cuando el rojo-cereza pasa a rojo-blanco observo como la cara posterior de la plancha, la que no le da la llama, comienza a humear y a formarse una gruesa capa de óxido, primeramente amarillo, que se vuelve blanco al enfriarse.

...El tipo de "bigote" a utilizar será también de bronce fosforoso de 0,18 mm, doblado en la punta para que no perfore el óxido y se cortocircuite con el metal base. En una ampliación de la imagen se puede observar la consistente capa de ZnO, salpicada de zonas más oscuras que es donde ha saltado y muestra probablemente el óxido de hierro del sustrato.

La presión del "bigote" sobre el óxido no debe ser muy alta, y al aplicar la polarización de corriente alterna casi al instante aparecen puntos de buena conducción. Rebuscando un poco también encuentro varios puntos de resistencia negativa. La curva es entonces simétrica respecto a la polaridad, pero mientras en valores bajos la intensidad hace crecer la tensión de forma bastante proporcional, al alcanzar ésta más o menos los 10 Volts comienza de nuevo a bajar. Con eso la curva se "inclina" hacia a dentro, formando una señal parecida a una "S" abierta, en una manifestación de resistencia negativa denominada de igual forma "tipo S", en que es la corriente la que modula la tensión...

A diferencia de la inestabilidad intrínseca de la zincita, este óxido es mucho más bastante estable, y su respuesta se ha mantenido sin cambios por espacio de más de media hora...

...Aumentando un poco la presión del contacto, la curva puede volverse más extrema, aunque entonces también es más inestable, apareciendo efectos de histéresis y hasta auto-oscilaciones en puntos determinados...

...A partir de este punto he añadido un circuito LC en serie, tipo "trampa de onda", que a la vez está conectado en paralelo a los electrodos del óxido de zinc... y al subir la tensión sobre los 10 Volts, no ha esperado ni medio segundo a ponerse a oscilar...

Es indudable que la oscilación periódica aparece justo cuando se inicia la resistencia negativa, en ambos ciclos, positivo y negativo. Si en estos puntos de polarización alimentáramos con continua en vez de alterna, la señal sería de onda sostenida, aunque no sé si muy senoidal por la evidente presencia de armónicos, sin duda debidos a la falta de linealidad del contacto con el óxido de zinc.

Si ampliamos dicha señal observamos más detalles, porque debemos darnos cuenta que en realidad hay dos oscilaciones que aparecen superpuestas a la vista, las de "subida" de la tensión, y las de "bajada", con lo cual el patrón parece más complejo de lo que es en realidad...

...También podemos ver que un cambio en la tensión alterna de excitación mediante el variac, cambia la duración del tren de ondas, sin duda por variar la inclinación de la pendiente de la resistencia negativa...

...La oscilación podría verla en el osciloscopio en forma lineal (tensión/tiempo), pero entonces pierdo la señal de referencia y no tengo manera de encontrar el punto de contacto adecuado en el óxido de zinc, así que deberé modificar el circuito de prueba o añadir un segundo osciloscopio...

Un saludo a todos

 

[jack35]

Que belleza de investigacion y aplicacion, Bravo Anilandro, súper investigación fundamental.