Juntando semiconductores: historia del transistor

Experientia docet Materia sólida Artículo 13 de 15

Foto: Laura Ockel / Unsplash

Las propiedades de los semiconductores tipo n y tipo p eran bien conocidas al final de la Segunda Guerra Mundial en 1945. Este conocimiento se debía, en no poca medida, al considerable esfuerzo de investigación que supuso el desarrollo de la electrónica en general y del radar en particular.

En 1947, tres investigadores de los Laboratorios Bell en Nueva Jersey (EE.UU.) llevaron la idea del diodo n-p un paso más allá. William Shockley, Walter Brattain y John Bardeen colocaron dos diodos de germanio de forma consecutiva, un diodo n-p al lado de un diodo p-n, compartiendo el semiconductor tipo p. Descubrieron que se podía hacer que el dispositivo permitiera el paso de la electricidad o que resistiera, es decir, que bloqueara el paso de electricidad, dependiendo de la carga aplicada a la capa central de semiconductor tipo p. Esta clase de dispositivo se denomina transistor bipolar n-p-n [1]. Un transistor bipolar p-n-p también es viable. [2]

Una réplica del primer transistor. Fuente: Wikimedia Commons

A principios de la década de 1960, a medida que los transistores basados en silicio se hacían más pequeños, fiables y baratos de fabricar, comenzaron a reemplazar los tubos de vacío más voluminosos y costosos que se usaban para amplificar voltajes, por ejemplo en sistemas de sonido estéreo, en televisores o radios [3], y como dispositivos de conmutación y gestión lógica en ordenadores. Shockley, Bardeen y Brattain recibieron el Premio Nobel en 1956 por un invento que pronto lanzaría la revolución en la electrónica computacional. [4]

La revolución en la electrónica computacional se aceleró también gracias a una guerra: la Guerra Fría. La necesidad de componentes electrónicos miniaturizados para los nuevos misiles llevó al desarrollo del circuito integrado. En 1958, Jack Kilby, de Texas Instruments, desarrolló la idea de integrar transistores y los circuitos relacionados en un solo chip de silicio.

Un año después, la Fairchild Semiconductor Corporation puso en práctica la idea desarrollando el método para integrar los elementos separados en el chip. En 1971 la recién formada Intel Corporation introdujo el primer circuito de microprocesadores integrado. Los continuos avances en el diseño de microprocesadores y las técnicas de fabricación permitieron la producción en masa de microprocesadores para ordenadores personales, teléfonos móviles, automóviles, robots industriales e incluso tostadoras, frigoríficos y muñecas «parlantes». A principios de la década de 2000, Intel y sus competidores podían colocar hasta 42 millones de transistores microscópicos en un solo chip de silicio, dos centímetros cuadrados. En 2019 el Epyc Rome de AMD contiene 39.540 millones de transistores [5].

Notas:

[1] Simplificando, y porque puede resultarte útil, el nombre de transistor viene de que puede actuar como transmisor o resistor de la corriente eléctrica.

[2] También hay otro tipo diferente de transistor, conocido como el «transistor de efecto campo», que funciona con el mismo principio general.

[3] Su efecto fue tan grande que se popularizó la sinécdoque de llamar transistor al radiorreceptor basado en transistores.

[4] Los tres se llevaban como el perro y el gato y tiró cada uno por su lado mucho antes del premio. Bardeen se fue a la Univisidad de Illinois en Urbana-Champaign para seguir con sus elucubraciones teóricas en materia condensada. Terminaría recibiendo otro premio Nobel de física por la teoría BCS de la superconductividad. Brittain siguió en Bell he hizo investigaciones aplicadas a sistemas biológicos. Y, finalmente, Shockley se mudó a la Universidad de Stanford, y desde ella sentó las bases para el desarrollo de las industrias de Silicon Valley en los alrededores de la universidad. Muchas de las compañías originales del valle (incluida Intel) fueron fundadas por personas que originalmente habían trabajado con Shockley.

Bardeen, Shockely y Brattain. La foto tiene su aquel sabiendo lo que ocurría entre los tres. Fuente: Wikimedia Commons

[5] Transistores MOSFET, esto es, transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido metálico.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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