Las proclamas del Imperio Romano solían comenzar con una fórmula que luego hizo suya el Vaticano: Urbi et orbi, a la ciudad y al mundo; también apropiada para caracterizar la ubicuidad de una creación humana. Está en todas partes, o en casi todas en donde exista un ingenio electrónico. Es El, el transistor. Hay quienes afirman que este diminuto artefacto ha cambiado la vida de las personas más que cualquier otra tecnología, y no dudan en situarlo entre los mayores inventos del siglo XX. La lista de aplicaciones de los transistores en sus versiones discretas –individuales– o agrupados en chips llenaría páginas; cuanto aparato imaginen los lectores deambulando por aquí o en el espacio, lo tiene en sus entrañas. Un transistor es un pequeño dispositivo sólido construido con cristales semiconductores (estado intermedio entre conductores y aislantes eléctricos) usualmente de silicio, a los que se le agregan otras sustancias para alterar sus propiedades eléctricas.

Sin ir más lejos, las computadoras poseen en su “cerebro” sólido millones de transistores alojados en unos pocos centímetros de superficie y en un espesor inferior al milímetro. ¿Cómo fue posible incluir tanto en tan poco? La evolución electrónica fue atrozmente vertiginosa; los reinados duran décadas y la primera reina, relegada, no destituida por completo, fue la válvula.

EN EL PRINCIPIO...

Celosas piezas de nostalgia o marginadas en los suburbios del taller de un técnico, las antiguas radios y televisores valvulares eran pesados y voluminosos muebles que en la intimidad mostraban sus vísceras repletas de curiosas y tenues lámparas. ¿Qué las diferenciaba de las simples bombillas de alumbrado? Experimentando con lámparas incandescentes, Thomas A. Edison (1847-1931) descubrió en 1883 el efecto termoiónico, el desprendimiento de electrones de un alambre o metal caliente. Sobre esta piedra basal se construyeron, entre 1904 y 1907, las válvulas o lámparas electrónicas, que allanaron el camino a la radio, la TV y el radar, entre otros dispositivos, permitiendo amplificar señales eléctricas (a partir de una fuente de energía, multiplicar los niveles de entrada de tal forma de hacerlos útiles). La adopción de la válvula significó un vuelco fundacional y revolucionario en la técnica. Frente a los transistores, las válvulas tienen algunas decisivas desventajas: son voluminosas, necesitan un tiempo de calentamiento para funcionar, requieren altos voltajes de trabajo, consumen mayor energía, tienen una vida útil más corta y para los tiempos digitales son lentas. A pesar de ello, se las usa aún en transmisores de radio y TV, radares, microondas, aparatos de rayos X y los músicos de rock las prefieren para sus equipos de guitarra por su “cálido” sonido. Las primeras computadoras de los años ‘40 –como Eniac, construida en los EE.UU.– estaban armadas con válvulas y relés (llaves electromecánicas). Eniac ocupaba un recinto de 1000 m3 y poseía unas 18 mil válvulas; presentaba un tiempo medio de una hora entre fallas: todo un dinosaurio electrónico que se extinguió en 1955. No hubo predadores ni catástrofes naturales, pero si el transistor no hubiera aparecido, la selección artificial hasta la era digital no hubiera ocurrido en los tiempos y modalidades en los que se dio.

DE SOLIDOS Y CUANTICOS

El físico alemán Julius E. Lilienfield propuso en 1926 usar semiconductores para amplifi-La Era del Transistor car señales, pero hasta la finalización de la II Guerra Mundial todo quedó en los papeles. Faltaba tecnología y una teoría más sólida sobre los sólidos. Desde el s. XIX se sabía que el contacto entre un alambre y la galena (sulfuro de plomo) permitía la circulación de corriente eléctrica en un único sentido. Años después, la galena se utilizó en primitivos receptores de radio. La estructura más usual en los sólidos es la cristalina (crystallos era el nombre griego para una variedad del cuarzo). En ella los átomos adoptan una disposición espacial regular y geométrica y están constituidos por la repetición de unidades estructurales, al estilo de un rasti o mecano de bloques constructivos idénticos. Esta propiedad ya era conocida por los mineralogistas del s. XVIII cuando descubrieron que los índices numéricos de la dirección de las caras de un cristal son números enteros. Con las contribuciones de la mecánica cuántica, la física del estado sólido maduró el conocimiento de los mecanismos de movimientos de cargas eléctricas en los cristales. De acuerdo al modelo cuántico de las bandas de energía los electrones se ubican en niveles energéticos discretos y definidos. En los aislantes los “escalones” están más apartados, en los semiconductores están algo más cerca y en los conductores aún más próximos. En esto, se centró la posibilidad de controlar la conductividad “dopando” a los cristales con impurezas (para tranquilidad del lector, insertar átomos de otros elementos). La unión de cristales de diferente “polaridad” forma un diodo, utilizado para dejar pasar corriente eléctrica en un sentido; con estructuras especiales se obtienen los diodos Laser; todas las lectoras y grabadoras de CD y DVD están basadas en ellos.

El transistor básico tiene una estructura ternaria de materiales dopados. En las computadoras trabaja como llave electrónica; siguiendo los lineamientos básicos del Algebra de Boole, miles de millones de veces por segundo estos microscópicos obreros electrónicos permiten o bloquean el paso de corriente eléctrica, solución tecnológica adecuada para el sistema de numeración binario (en el que toda cantidad se expresa por combinaciones de unos y ceros).

Evolución del transistor desde su invención en Bell Labs en 1947. Imagen: Porticus Centre

LA ARENA TECNOLOGICA

En la edición del 1º de julio de 1948, The New York Times informaba sobre un reciente invento: “Ayer se exhibió en los Bell Telephone Laboratory un dispositivo llamado transistor que puede implantarse en los aparatos de radio en sustitución de los tubos de vacío; su aspecto es el de un pequeño cilindro metálico y tiene un tiempo de conexión muy breve, pues no necesita ser precalentado”. Retomando la línea teórica de investigación y experimentación con cristales semiconductores, los físicos norteamericanos Wiliam B. Shockley (1910-1989), John Bardeen (1908-1991) y Walter H. Brattain (1902-1987) lograron hacer funcionar el primer transistor hacia finales de 1947. De apariencia tosca, parecía más bien construido por artesanos metalúrgicos que por físicos; nadie hubiera imaginado que eso era el antecedente de los chips actuales. Inestable y sensible a las vibraciones (los contactos estaban dispuestos a presión sobre el material semiconductor) ese engendro funcionó y amplificó señales. Al transistor de contacto siguió el de juntura, más robusto y confiable, en el que los semiconductores dopados se ensamblan en una estructura básica tipo sandwich. En 1956, Shockley, Bardeen y Brattain recibieron el Premio Nobel por sus trabajos; Bardeen tuvo el raro privilegio de recibir el Premio Nobel de Física por segunda vez en 1972. Con el tiempo, los transistores se hicieron más diminutos y precisos y comenzaron a desplazar a las venerables válvulas. A mediados de la década del ‘50 se inició la producción comercial de transistores de silicio, con ventajas sobre el germanio. El silicio abunda en las playas del planeta, si bien requiere un complejo proceso de preparación hasta llegar al transistor. Buscando reducir costos de producción, el ingeniero Jack Kilby (1923-2005) diseñó en 1958 el primer circuito integrado o chip (montaje de un circuito en una misma cápsula) aumentando significativamente la miniaturización y dando el salto cualitativo que llevaría a las computadoras actuales y a la microelectrónica en general.

Tanto la física como la tecnología, desde entonces, empujaron hasta el abismo atómico a la miniaturización. Así, en los tiempos de las máquinas moleculares, el nanotransistor no asusta a nadie pero sus descendientes, los transistores de un solo átomo, concebidos en largas noches de vigilia y lujuria cuántica, comienzan a ser algo más que un imposible deseo.