El transistor, cincuenta a?os despu¨¦s

Ma?ana hace 50 a?os, John Bardeen y Walter Brattain, de los Laboratorios Bell (entonces de ATT), hicieron el descubrimiento que cinco d¨ªas m¨¢s tarde los llevar¨ªa a la invenci¨®n del transistor: la propagaci¨®n de carga el¨¦ctrica positiva a trav¨¦s de un semiconductor cargado mayoritariamente con electrones. El 23 de diciembre de 1947 los cient¨ªficos demostraban un transistor capaz de amplificar 15 veces la voz humana.A pesar del entusiasmo de ATT, que llevaba casi una d¨¦cada buscando un nuevo dispositivo para reemplazar las v¨¢lvulas de vac¨ªo, la noticia de la invenci¨®n del transistor (aparecida en The New York Times el 1 de julio de 1948 en una oscura secci¨®n sobre Noticias de la Radio) tuvo poco eco, y al principio su utilidad se limit¨® a la telefon¨ªa, la radio, y los aparatos contra la sordera. Cincuenta a?os despu¨¦s, no es arriesgado llamar a nuestra ¨¦poca la Edad del Transistor, tan amplio ha sido su impacto.

El transistor original, de contacto por puntas, era un dispositivo muy primitivo, de dif¨ªcil operaci¨®n y poco fiable. Pronto dio paso al m¨¢s sencillo y f¨¢cil de fabricar transistor de uni¨®n bipolar de William Shockley, que s¨®lo en los ¨²ltimos a?os ha sido desplazado parcialmente por el transistor de efecto campo debido al menor consumo de energ¨ªa y ventajas de fabricaci¨®n de ¨¦ste. Ambos tipos pueden funcionar como un interruptor o como un amplificador, gracias a su capacidad de variar la conductividad el¨¦ctrica entre los dos extremos de un material semiconductor mediante un tercer terminal de control. La otra gran aplicaci¨®n es como almacenadores de informaci¨®n.

Premio Nobel

Pocas veces se ha concedido con mayor justicia el premio Nobel que cuando se entreg¨® hoy hace 41 a?os a Shockley, Bardeen y Brattain "por su investigaci¨®n en semiconductores y su descubrimiento del efecto transistor."Las t¨¦cnicas inventadas a finales de los a?os cincuenta para el grabado (litograf¨ªa) en una misma oblea de silicio de circuitos integrados por varios transistores han hecho posible una disminuci¨®n exponencial en el coste y el tama?o de los dispositivos, y la creaci¨®n de funciones cada vez m¨¢s complejas, que han culminado con los microprocesadores actuales, poderosos ordenadores en un solo circuito integrado.

A principios de los a?os cincuenta, fabricar un transistor costaba unas 600 pesetas, lo que hoy cuestan 40 millones de ellos. En 1970, el tama?o t¨ªpico de un transistor era de unas 12 micras, o una d¨¦cima del grosor de un cabello; en 1997 es 40 veces menor. En los ¨²ltimos 30 a?os el n¨²mero 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 f¨ªsica sino un objetivo de desarrollo que la industria electr¨®nica se ha marcado, y que hasta ahora ha podido cumplir a base de una competencia feroz y de la inversi¨®n de enormes recursos.

Es dif¨ªcil predecir hasta cu¨¢ndo se mantendr¨¢ la ley de Moore, pero si se siguiera cumpliendo en los pr¨®ximos 10 a?os, para entonces el n¨²mero de transistores en un circuito de 10 cent¨ªmetros cuadrados ser¨ªa de 20.000 millones, cada uno de 0, 1 micras.

El mayor desaf¨ªo que impone la ley de Moore es desarrollar la tecnolog¨ªa para el proceso de litograf¨ªa, en el que se usa luz con longitud de onda comparable al tama?o de los transistores. Actualmente, la fabricaci¨®n de los dispositivos m¨¢s avanzados es posible con el empleo de l¨¢seres ultravioleta de 0,24 micras, pero los instrumentos ¨®pticos necesarios para la siguiente generaci¨®n de dispositivos no se comercializar¨¢n hasta el a?o 2000. Y teniendo en cuenta que las lentes de cuarzo no transmiten la luz por debajo de las 0,15 micras, la fabricaci¨®n de dispositivos con dimensiones menores exigir¨¢ un cambio dr¨¢stico en los sistemas de litograf¨ªa.

Se barajan otras posibles tecnolog¨ªas de grabado para cuando se alcance este l¨ªmite, por ejemplo rayos X o haces de electrones, pero los sistemas desarrollados hasta ahora distan mucho de ser pr¨¢cticos para la producci¨®n 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 informaci¨®n digital (conocida como un bit) mediante la presencia ("uno") o ausencia ("cero") de una cierta cantidad de carga el¨¦ctrica. Por tanto, la capacidad de los dispositivos de memoria conocidos como RAM (random access memory) est¨¢ limitada por el n¨²mero de transistores que es posible integrar en un circuito. A mediados de septiembre, Intel anunci¨® una nueva generaci¨®n de circuitos que distinguen dos estados intermedios (un tercio y dos tercios) adem¨¢s de los ceros y unos de los dispositivos convencionales. Estos cuatro niveles permiten almacenar dos bits por transistor, duplicando as¨ª la densidad de informaci¨®n sin necesidad de reducir ninguna dimensi¨®n.

Una semana despu¨¦s del anuncio de Intel, IBM hizo p¨²blico el desarrollo de un nuevo m¨¦todo para fabricar circuitos integrados, en los que el cobre reemplaza al aluminio para las conexiones met¨¢licas entre los transistores. Este avance llega en un momento clave. A medida que los transistores se han reducido de tama?o y su funcionamiento interno se ha hecho m¨¢s r¨¢pido, el tiempo debido a las conexiones se ha hecho cada vez m¨¢s importante, hasta el punto que por debajo de las 0,2 micras retardar¨¢ las operaciones del circuito. El empleo del cobre, con mejor conductividad el¨¦ctrica que el aluminio, eliminar¨¢ este problema a la vez que abaratar¨¢ la producci¨®n de los circuitos.

Otra gran barrera para futuras generaciones de circuitos integrados es econ¨®mica, ya que los gastos de producci¨®n tambi¨¦n siguen una ley exponencial, duplic¨¢ndose cada cuatro a?os. Pero el desaf¨ªo ¨²ltimo ser¨¢ f¨ªsico: confinados en dimensiones por debajo de las 0,1 micras, los electrones dejan de obedecer las reglas de la f¨ªsica cl¨¢sica y su n¨²mero es tan bajo que hay que tener en cuenta el comportamiento individual de cada uno de ellos. Cient¨ªficos en Jap¨®n, Europa y Estados Unidos trabajan febrilmente en dise?os de transistores que funcionen aprovechando las propiedades cu¨¢nticas de los electrones o el movimiento de un ¨²nico electr¨®n, y en ideas radicalmente nuevas, en busca de un dispositivo tan distinto del transistor actual como ¨¦ste lo fue en su d¨ªa de las v¨¢lvulas de vac¨ªo.