Transistores o el «inicio» de la electrónica moderna. 2

Primeros circuitos integrados. Transistores

Una señal en forma de onda emitida en un medio de propagación va atenuándose en función de la distancia recorrida hasta que se pierde. Este fenómeno se produce tanto en una onda sonora como nuestra voz, como en otros tipos de señales como las eléctricas.

Desarrollo de las válvulas de vació

Cuando se descubrió que se podía mandar información a través de estas señales y que podía ser recuperada en el punto de destino, el momento de euforia se desvaneció al observar que por muy conductor que fuera el material con el que se fabricara la línea de transmisión, la señal se atenuaba desapareciendo a no mucha distancia. Podía comunicarse una gran cantidad de información sin más medio físico que un cable conector, pero solo a cortas distancias y bajo un fuerte coste. La cosa no pintaba nada bien.

Todo cambió cuando Thomas Alba Edison descubrió por casualidad que si se aplica una corriente cerca de una lámina conductora dentro de un tubo cerrado al vacío, en la lámina se producía una corriente eléctrica mucho más potente. Esta patente de Edison que registro pensando que simplemente era un dato curioso, fue la base de los primeros amplificadores de señal. Las válvulas de vacío.

Si eramos capaces de calcular cuando se desvanecería la señal, y antes de eso, aplicarla a una válvula de vacío, podíamos amplificarla y duplicar la distancia que recorrería la señal.

Las comunicaciones a larga distancia empezaban a ser reales aunque implicaran grandes estaciones intermedias con grandes válvulas de vació que suponían grandes costes en alimentación y mantenimiento.

Las comunicaciones a larga distancia cobran gran importancia en la Segunda Guerra Mundial. Cuando termina, la compañía AT&T (American Telephone and Telegraph) promueve en los Laboratorios Bell, de los que son propietarios, programas para mejorar la amplificación de las señales. Los Laboratorios Bell crean un equipo de trabajo a las ordenes de Willian Bradford Shockley en el que se encuentran John Bardeen y Walter H. Brattain entre otros científicos.

El equipo tiene la misión de encontrar un sustituto a las válvulas de vacío dentro del inexplorado campo de la Física del estado sólido. A pesar de los problemas, se logra presentar en 1948 las patentes de lo que seria el primer transistor de puntas de contacto y el primer transistor de unión.

Primer transistor hecho a mano por Bardeen y Brattain

El primer transistor de Bardeen y Brattain estaba construido a mano. Con una base semiconductora de germanio sobre la reposaban dos hilos de oro terminados en punta y que mantenían el contacto por la fuerza de un muelle situado encima de la separación aislante en forma de cuña. Bardeen y Brattain desarrollaron este diseño basándose en las propiedades conductores de los semiconductores.

Cuando un semiconductor tiene un número más elevado de electrones (e) en la capa de valencia, el material muestra una polarización negativa (tipo N, (-)), mientras que si pierde electrones dejando «huecos» (h+) la polarización sería positiva (tipo P, (+)). Si dos materiales cargados opuestos se juntas se crea entre ellos una serie de corrientes de conducción entre electrones y huecos. Por lo tanto, según los tipos de semiconductores que se junten pueden obtenerse unas corrientes características (PN, NP, PNP, NPN). Este es el procedimiento con el que Bardeen y Brattain crean un transistor que era frágil, ruidoso y difícil de construir, las cables que hacían de emisor y receptor debían ser muy muy finos y estar situados muy cerca. Pero aun así compitió durante un tiempo con el transistor de unión de Shockley que consistía en una lámina de semiconductor base con zonas de la superficie «dopadas» tipo N o tipo P para formar las uniones PN y/o NP necesarias.

Con estos nuevos amplificadores mucho más pequeños y mantenibles, las comunicaciones se desarrollaron enormemente en los años posteriores.

Diferentes transistores

Pero los milagros del transistor no se iban a quedar en lograr comunicar señales de una punta a otra del globo. En la actualidad el transistor puede ser utilizado como rectificador, oscilador, conmutador y sobre todo como amplificador. El transistor como amplificador es la base de los amplificadores operacionales, la piedra angular de la electrónica moderna. Aunque los primeros amplificadores operacionales se construyeron con válvulas de vacío, el menor tamaño de los transistores ganó rápidamente la partida.

Podríamos decir que la electrónica moderna es hacer fluir la energía eléctrica por los circuitos de forma que se combine para que llegue a los sitios adecuados en los momentos precisos y con la potencia necesaria. Para controlar esta electricidad se utilizan conmutadores, rectificadores, resistencias, condensadores, etc. pero principalmente amplificadores operacionales. Según como estén configurados a las entradas y salidas, estos pueden funcionar como amplificadores, inversores, diferenciadores, etc. Muchos de estos elementos electrónicos se construyen en la actualidad mediante transistores. Por lo que en cualquier componente electrónico está compuesto principalmente por transistores.

Lamina de silicio donde se fabrican los chips mediante diferentes procesos de dopado selectivo.

Las nuevas técnicas de fabricación permiten en la actualidad fabricar transistores de 5nm de tamaño introduciendo hasta 30.000 millones de transistores en un solo chip. La Ley de Moore, con la que se mide en los últimos años la evolución de la electrónica, predice que se duplicará el número de transistores por chip cada dos años. Lo cierto es que hasta la fecha esta ley se ha cumplido, y ese aumento de transistores en los chips es el que ha permitido que hayamos dado el salto de las centralitas de teléfono a los smartphones en «tan poco tiempo» o que hayamos sido capaces de mandar un robot a Marte. Por eso las llamadas era digital y la era de las telecomunicaciones están tan ligadas. Ambas están sustentadas en los transistores.

Para leer más:

  • Introducción A La Física Del Estado Sólido. Charles Kittel. Ed. Reverte.

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