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La invención del transistor dio inicio a la era de la electrónica y la de las telecomunicaciones. En una edición especial, la revista “Science” repasa la historia de este dispositivo y los retos de su evolución tecnológica, que propone el uso de materiales de última generación, aunque mantiene los mismos principios de funcionamiento original.
A 75 años del comienzo de la era de las tecnologías de la información
Hace 75 años se dio inicio a la era de las tecnologías de la información. El comienzo estuvo marcado por la invención del transistor, un dispositivo que en aquel entonces tenía el tamaño de una naranja. Actualmente el diminuto chip microprocesador de una computadora puede contener cerca de 700 millones de transistores y la cantidad sigue creciendo cada año.
Para conmemorar este hito, la revista “Science” esta semana publicó una edición especial en la que se repasa la historia del transistor y los retos que el dispositivo enfrenta en cuanto a su evolución tecnológica en la actualidad.
Phil Szuromi, quien es editor adjunto de la revista y autor de la introducción de esta edición especial; explicó que, sin transistores, no existirían los teléfonos celulares, computadoras portátiles o videojuegos. Por otro lado, la gente tendría que volver a usar los mapas, ya que la tecnología GPS usa satélites que transmiten señales a través del empleo de transistores.
Y que casi toda la tecnología médica está fundamentada en el transistor. Desde la toma de imágenes y la cirugía robótica hasta los equipos que permiten obtener los resultados de los análisis de sangre.
La teoría de los semiconductores de 1930
En una revisión de este especial de “Science”, Suman Datta y sus compañeros nos recuerdan que el desarrollo tecnológico del transistor fue posible gracias a los avances presentes en la teoría de los semiconductores del año 1930 y el proceso de purificación del silicio y del germanio, en la década de 1940.
En los Estados Unidos de esa década (1940), la telefonía de larga distancia tenía un inconveniente. Para que la señal eléctrica pudiera recorrer largas distancias era preciso amplificarla y este proceso pasaba por las válvulas de vacío o triodos (componentes que eran pocos fiables y se calentaban demasiado).
La empresa fundada por Alexander Graham Bell y que luego paso a AT&T, la Bell Telephone Company; contaba con una división de investigación, los Bell Labs. A esta división se le fue encomendada la tarea de resolver este inconveniente.
Durante el diciembre del año 1947, John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain, pertenecientes a los Bell Labs, desarrollaron el transistor, se trataba del primer semiconductor de estado sólido.
En el año 1956, los tres científicos recibieron el Premio Nobel de Física, por haber hecho las investigaciones en semiconductores y por su descubrimiento del efecto transistor.
De dónde viene la palabra “transistor”
El dispositivo tomó su nombre de la función semiconductora, TRANsfer y reSISTOR: transistor. Aquel primer transistor (el de 1947), estaba elaborado de láminas de oro, germanio y plástico. Luego, para su comercialización se utilizó el silicio, por ser más fiable y fácil de fabricar.
Los autores de la revisión destacaron que, con el invento de este dispositivo no solo los investigadores contribuyeron a la mejora de la telefonía. También se permitió la computación digital y su efecto en la sociedad que es realmente difícil de sobreestimar.
También la comercialización del transistor permitió el desarrollo de la radio chica. Además de la creación de Silicon Valley. Y fue determinante en el desarrollo del programa Apollo de la NASA, agregaron los autores.
El transistor para satisfacer nuevas necesidades
Por décadas, la evolución tecnológica de este dispositivo ha permitido reducir su tamaño y su consumo de electricidad para poder introducir millones de transistores en circuitos integrados y chips. Nuestros propios teléfonos celulares funcionan gracias a millones de estos semiconductores, explican Datta y sus compañeros.
Postulada casi veinte años después de la creación del transistor, la Ley de Moore predecía que la cantidad de transistores en un circuito integrado se duplicaría cada 1 o 2 años. Este vaticinio, que ha sido cierto en las últimas décadas, viene perdiendo validez.
Subrayan que, actualmente el escalado resulta mucho más complejo, entre otras cosas, por la posible aparición de pequeñas fugas eléctricas en el momento en que el dispositivo está apagado.
Los autores señalaron que de la misma manera en que la necesidad de hacer llamadas de costa a costa de EEUU motivó el desarrollo del transistor, las necesidades ahora propician la creación de la nueva generación de transistores, de materiales que van desde el óxido de galio hasta los nanotubos de carbono.
La creciente necesidad de utilizar menos energía
Szuromi comentó que, existe la mayor necesidad de utilizar menos energía. Todos han sentido cómo se calientan sus regazos cuando usan una computadora portátil, ese calor es energía que se emplea para hacer funcionar el equipo. Y que los nuevos diseños de transistores deberían utilizar menos energía en esta clase de aplicaciones.
Y agregó Szuromi que, para controlar los sistemas de alta potencia en la industria además se están explorando otros semiconductores más allá del silicio, como el óxido de galio y el carburo de silicio, que minimizarán la energía desperdiciada en los sistemas de control.
Con relación a los transistores de nanotubos de carbono o CNT, esta tecnología permitirá multitud de nuevas aplicaciones. Como la creación de biosensores que podrían ser empleados para detectar el cáncer, de acuerdo con los expertos citados en la edición especial de la revista.
Ciertamente, los CNT podrían representar una nueva tecnología a los transistores actuales, pero además plantean dificultades de producción. Su desarrollo se fundamenta en procesos que no son fáciles de escalar.
Para Aaron Franklyn y algunos de los autores de los artículos de revisión, el llevar a cabo una tecnología de transistores CNT que cubra las necesidades del alto volumen de fabricación, se tropezará con varios obstáculos. Debe darse un esfuerzo conjunto de la industria y la academia para poder superarlos.
Qué esperar en el futuro
Los expertos citados predicen que los próximos circuitos integrados harán tareas más rápido, debido a que su diseño estará destinado a la realización de tareas específicas.
En este sentido, Szuromi dijo que, ya se tienen chips especializados capaces de ejecutar gráficos de los videojuegos. Sin ellos, los juegos se ralentizarán y serán menos realistas visualmente. Mientras que los fabricantes de autos diseñarán específicamente los chips que harán funcionar los autos autónomos, con el fin de ejecutar todas las tareas de conducción y navegación de forma rápida y eficiente.
Para Szuromi la tecnología de transistores usada en tareas de detección y control, como, por ejemplo, guiar a un robot a un edificio derrumbado para hallar supervivientes, tendrá los sensores integrados en los chips para acelerar el procesamiento.
Por otro lado, los dispositivos flexibles, como monitores y sensores portátiles en forma de parches para la piel, vendrán a impulsar la medicina personalizada.
A 75 años después de la creación del primer transistor, con independencia de su construcción y sus aplicaciones, los fundamentos básicos detrás del funcionamiento de este dispositivo continúan siendo clave para el desarrollo tecnológico.