El transistor, cincuenta años después
Mañana hace 50 años, John Bardeen y Walter Brattain, de los Laboratorios Bell (entonces de ATT), hicieron el descubrimiento que cinco días más tarde los llevaría a la invención del transistor: la propagación de carga eléctrica positiva a través de un semiconductor cargado mayoritariamente con electrones. El 23 de diciembre de 1947 los científicos demostraban un transistor capaz de amplificar 15 veces la voz humana.A pesar del entusiasmo de ATT, que llevaba casi una década buscando un nuevo dispositivo para reemplazar las válvulas de vacío, la noticia de la invención del transistor (aparecida en The New York Times el 1 de julio de 1948 en una oscura sección sobre Noticias de la Radio) tuvo poco eco, y al principio su utilidad se limitó a la telefonía, la radio, y los aparatos contra la sordera. Cincuenta años después, no es arriesgado llamar a nuestra época la Edad del Transistor, tan amplio ha sido su impacto.
El transistor original, de contacto por puntas, era un dispositivo muy primitivo, de difícil operación y poco fiable. Pronto dio paso al más sencillo y fácil de fabricar transistor de unión bipolar de William Shockley, que sólo en los últimos años ha sido desplazado parcialmente por el transistor de efecto campo debido al menor consumo de energía y ventajas de fabricación de éste. Ambos tipos pueden funcionar como un interruptor o como un amplificador, gracias a su capacidad de variar la conductividad eléctrica entre los dos extremos de un material semiconductor mediante un tercer terminal de control. La otra gran aplicación es como almacenadores de información.
Premio Nobel
Pocas veces se ha concedido con mayor justicia el premio Nobel que cuando se entregó hoy hace 41 años a Shockley, Bardeen y Brattain "por su investigación en semiconductores y su descubrimiento del efecto transistor."Las técnicas inventadas a finales de los años cincuenta para el grabado (litografía) en una misma oblea de silicio de circuitos integrados por varios transistores han hecho posible una disminución exponencial en el coste y el tamaño de los dispositivos, y la creación de funciones cada vez más complejas, que han culminado con los microprocesadores actuales, poderosos ordenadores en un solo circuito integrado.
A principios de los años cincuenta, fabricar un transistor costaba unas 600 pesetas, lo que hoy cuestan 40 millones de ellos. En 1970, el tamaño típico de un transistor era de unas 12 micras, o una décima del grosor de un cabello; en 1997 es 40 veces menor. En los últimos 30 años el número de transistores en un circuito integrado se ha duplicado aproximadamente cada 18 meses. Esta trayectoria, que se conoce como ley de Moore, no es por supuesto el resultado de ninguna ley física sino un objetivo de desarrollo que la industria electrónica se ha marcado, y que hasta ahora ha podido cumplir a base de una competencia feroz y de la inversión de enormes recursos.
Es difícil predecir hasta cuándo se mantendrá la ley de Moore, pero si se siguiera cumpliendo en los próximos 10 años, para entonces el número de transistores en un circuito de 10 centímetros cuadrados sería de 20.000 millones, cada uno de 0, 1 micras.
El mayor desafío que impone la ley de Moore es desarrollar la tecnología para el proceso de litografía, en el que se usa luz con longitud de onda comparable al tamaño de los transistores. Actualmente, la fabricación de los dispositivos más avanzados es posible con el empleo de láseres ultravioleta de 0,24 micras, pero los instrumentos ópticos necesarios para la siguiente generación de dispositivos no se comercializarán hasta el año 2000. Y teniendo en cuenta que las lentes de cuarzo no transmiten la luz por debajo de las 0,15 micras, la fabricación de dispositivos con dimensiones menores exigirá un cambio drástico en los sistemas de litografía.
Se barajan otras posibles tecnologías de grabado para cuando se alcance este límite, por ejemplo rayos X o haces de electrones, pero los sistemas desarrollados hasta ahora distan mucho de ser prácticos para la producción de circuitos a gran escala. Aunque estas barreras parecen de momento insuperables, los avances anunciados hace apenas tres meses dan pie al optimismo.
Un transistor actual puede almacenar una unidad de información digital (conocida como un bit) mediante la presencia ("uno") o ausencia ("cero") de una cierta cantidad de carga eléctrica. Por tanto, la capacidad de los dispositivos de memoria conocidos como RAM (random access memory) está limitada por el número de transistores que es posible integrar en un circuito. A mediados de septiembre, Intel anunció una nueva generación de circuitos que distinguen dos estados intermedios (un tercio y dos tercios) además de los ceros y unos de los dispositivos convencionales. Estos cuatro niveles permiten almacenar dos bits por transistor, duplicando así la densidad de información sin necesidad de reducir ninguna dimensión.
Una semana después del anuncio de Intel, IBM hizo público el desarrollo de un nuevo método para fabricar circuitos integrados, en los que el cobre reemplaza al aluminio para las conexiones metálicas entre los transistores. Este avance llega en un momento clave. A medida que los transistores se han reducido de tamaño y su funcionamiento interno se ha hecho más rápido, el tiempo debido a las conexiones se ha hecho cada vez más importante, hasta el punto que por debajo de las 0,2 micras retardará las operaciones del circuito. El empleo del cobre, con mejor conductividad eléctrica que el aluminio, eliminará este problema a la vez que abaratará la producción de los circuitos.
Otra gran barrera para futuras generaciones de circuitos integrados es económica, ya que los gastos de producción también siguen una ley exponencial, duplicándose cada cuatro años. Pero el desafío último será físico: confinados en dimensiones por debajo de las 0,1 micras, los electrones dejan de obedecer las reglas de la física clásica y su número es tan bajo que hay que tener en cuenta el comportamiento individual de cada uno de ellos. Científicos en Japón, Europa y Estados Unidos trabajan febrilmente en diseños de transistores que funcionen aprovechando las propiedades cuánticas de los electrones o el movimiento de un único electrón, y en ideas radicalmente nuevas, en busca de un dispositivo tan distinto del transistor actual como éste lo fue en su día de las válvulas de vacío.
