Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica en la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

Una vez que los Bell Labs tuvieron el transistor, el siguiente objetivo era comercializar el dispositivo. En este artículo, con el que finaliza la serie dedicada a conmemorar el 75 aniversario de su invención, describo el camino seguido para hacer un dispositivo comercial y los primeros equipos en los que se utilizó, como por ejemplo el primer ordenador que utilizó transistores, el TRADIC, cuya versión aerotransportada se muestra en la imagen:

El Flyable TRADIC fue la versión aerotransportada del primer ordenador fabricado con transistores. Iba instalado en el fuselaje de un C-131, destinado a ensayos del Mando Aéreo Estratégico.

1. La comercialización del transistor

El transistor de Bardeen y Brattain no dejaba de ser una curiosidad de investigación y, de hecho, los primeros transistores eran extremadamente ruidosos, variables y poco fiables. "En los primeros días, la actuación de un transistor podía cambiar si alguien cerraba o abría una puerta". En términos tecnológicos, se planteaban enormes dificultades para hacerlo viable comercialmente. En concreto, había dos problemas a resolver de manera inmediata: primero, los contactos puntuales fiables eran extraordinariamente difíciles de realizar y segundo, colocarlos separados 50 micras de una forma controlada y repetitiva de un dispositivo a otro tampoco era sencillo.

En suma, para hacer un dispositivo fiable y reproducible y por lo tanto comercialmente viable, la "tecnología" de la cuchilla de afeitar empleada por Brattain tuvo que ser reemplazada por un posicionamiento cuidadosamente controlado de un par de contactos rígidos y firmes sobre la superficie del semiconductor, encapsulados adecuadamente, lo que dio como resultado un dispositivo denominado Type A, que resultó manejable para su inserción en un circuito electrónico. En definitiva, la invención del transistor en sí no resolvió los problemas de su producción. El desafío era encontrar formas de diseñar un producto que pudiera fabricarse y que pudiera tener éxito en el mercado.

Gracias al bagaje científico y tecnológico de Bell Labs y su casa matriz, A.T.& T. fue posible la transformación del artesanal dispositivo de Bardeen y Brattain en el transistor comercial Type A. En este éxito estuvo implicado un científico reclutado por Mervin Kelly en 1936, Jack A. Morton, quien durante las décadas de 1950 y 1960 fue vicepresidente de tecnología electrónica de los Bell Labs en Murray Hill. Un equipo dirigido por Morton comenzó a explorar las posibles aplicaciones comerciales del Type A, aunque había infinidad de problemas que resolver, ya que el punto de partida del dispositivo era decepcionante: la reproducibilidad de un dispositivo a otro era mala, las propiedades de muchos de ellos cambiaban de manera inexplicable con el tiempo o la temperatura, o sea, tenía una fiabilidad pobre y los valores de algunos de los parámetros clave (ganancia, respuesta en frecuencia, potencia...) eran muy limitados, dando a entender un diseño muy deficiente. A pesar del punto de partida tan limitado, a lo largo de la década de 1950, Morton tomó decisiones cruciales y acertadas que proporcionaron a A.T. & T. un liderazgo indiscutible en la tecnología de semiconductores: cambiar la producción de germanio por silicio, fabricar los transistores mediante técnicas de difusión, etc.

Izquierda: esquema de un transistor Type A, con la disposición de las puntas de contacto de Emisor y Colector. Derecha: imagen de un dispositivo real, con el orificio lateral para acceder a los contactos de emisor y colector. Desde la parte inferior hasta la superior, media 1.2 cm.

Un aspecto único del transistor Type A era la existencia de un orificio de acceso en el costado del encapsulado cilíndrico del transistor, que se muestra en la figura anterior. Esto permitía el ajuste manual de los contactos que tocan la superficie del germanio (Ge) en el interior. En consecuencia, el ajuste de los parámetros del transistor Type A no era sencillo, ya que el dispositivo dependía mucho del estado de la superficie del Ge y, por lo tanto, era muy sensible a la humedad y la temperatura, además de exhibir altos niveles de ruido. En consecuencia, los dispositivos diferían significativamente en sus características y no eran infrecuentes las inestabilidades eléctricas que conducían al fallo catastrófico del dispositivo.

En todo caso, el proceso de ensamblaje del transistor era, cuando menos, laborioso, cuando no endiabladamente delicado y complejo. El siguiente fragmento está extraído de una de las patentes que originó el dispositivo (US 2.563.503):

 "...una muestra de Ge cortada de un lingote se recubre con cobre y se estaña por un lado, y se corta en pequeños cuadrados con una rueda de diamante...[Los contactos de emisor y colector son], dos alambres de bronce fosforado de 0.005 pulgadas, que previamente habían sido afilados en un extremo mediante esmerilado y pulido en bisel, se sueldan por puntos al extremo de dos patillas que serán las que se conecten al circuito.... Una presión adicional comprime los resortes sobre la superficie de Ge lo suficiente como para asegurar que el contacto será permanente en condiciones de uso normal... Luego, el encapsulante se llena de cera para mejorar su estabilidad mecánica...". 

Parece obvio que la fabricación requería de un proceso mecánicamente intensivo y se podría esperar que produjera dispositivos con parámetros de rendimiento muy diferentes.

Publicidad de los Bell Labs del transistor, proyectando una larga sombra a pesar de su reducido tamaño

Tras un arduo trabajo del equipo liderado por Morton, a mediados de 1949 tenían dos versiones mejoradas del dispositivo, listo para entrar en producción: uno para amplificar señales y el otro para aplicaciones de conmutación. Western Electric comenzó a fabricar el Type A en 1950, se mantuvo en producción casi 10 años y se utilizaron en aplicaciones tales como osciladores, audífonos, conmutadores en redes telefónicas y en el primer ordenador digital aerotransportado del ejército, el TRADIC (Transistorized Airborne DIgital Computer).

Izquierda: Primera versión del ordenador TRADIC. Derecha: Puesto del operador del Flyable TRADIC, que era una versión evolucionada del primer TRADIC. La versión de la imagen iba instalado en los primeros bombarderos B-52. Tenía 2269 transistores de puntas de contacto de Ge, más 10740 diodos.

TRADIC se utilizó para establecer la viabilidad de utilizar un ordenador de estado sólido aerotransportado como elemento de control de un sistema de bombardeo y de ayuda a la navegación basado en un radar.

A finales de la década de 1950, Bell Labs realizó una intensa campaña de publicidad de las potencialidades del transistor que se pueden ver en estos dos vídeos de la época, resaltando las potencialidades del "pequeño gigante":

En los siguientes años de vida comercial del transistor se puso de relieve que la importancia del transistor no es que pudiera reemplazar a las válvulas de vacío, sino que podía hacer cosas que las válvulas de vacío nunca podría hacer. Una de ellas fue el primer receptor de radio portátil que funcionaba con transistores, el Regency TR-1:

 Arriba: Publicidad del primer receptor de emisoras de radio con transistores de unión, el Regency TR-1. Incorporaba 4 transistores de Ge. Abajo: Publicidad del TR-1 que apareció en el The San Bernardino County Sun, el 19 de diciembre de 1954.

2. La trayectoria de Shockley

Shockley se dedicó elaborar la teoría de la unión PN y a aplicarla al transistor de unión. El transistor de unión original finalmente condujo a nuevas familias de dispositivos de amplificación de estado sólido (que pronto eclipsarían al transistor de puntas de contacto) y a la creación de industrias completamente nuevas. Contribuyó significativamente al florecimiento de la investigación básica en física del estado sólido durante las décadas de 1950 y 1960, tanto en los Bell Labs como en la comunidad científica en general.

Las relaciones de Bardeen y Brattain con Shockley se enfriaron hasta tal punto que los primeros solicitaron no permanecer en el equipo dirigido por este último. John Bardeen dejó los laboratorios Bell en 1951 y se fue a la Universidad de Illinois donde, trabajando sobre la teoría de la superconductividad, ganaría su segundo Premio Nobel en 1972. Brattain permaneció en los laboratorios Bell hasta su jubilación en 1967.

Shockley abandonó Bell Labs y fundó su propia compañía (Shockley Semiconductors). Al cabo de un año, los principales científicos a su cargo abandonaron la empresa y fundaron Fairchild Semiconductors, una de las empresas donde se inventó en circuito integrado. Varios de ellos fundaron después Motorola e Intel Corporation

Shockley tenía una personalidad insoportable. Ateo, racista, cuando murió, sus hijos y sus amigos se enteraron por la prensa. Años después, en 1972, hablando de sí mismo en tercera persona, Shockley escribió: Las concepciones de Shockley del transistor de unión se retrasaron al menos cuatro meses porque perdió oportunidades, obvias en retrospectiva, de reconocer la posibilidad de una inyección de portadores minoritarios. El autor espera que la presentación de los detalles de sus limitaciones al hacer este importante invento pueda ayudar a los lectores a aceptar sus propias limitaciones y, por lo tanto, a volverse más persistentes y, por lo tanto, creativos.

3. El Premio Nobel de física de 1956

En 1956 se concedió el Premio Nobel de Física conjuntamente a William Bradford Shockley, John Bardeen y Walter Houser Brattain. "por sus investigaciones sobre los semiconductores y su descubrimiento del efecto transistor". En este video se ve un fragmento de la ceremonia de entrega de los Premios a los tres:

Los Bell Labs felicitaron a los galardonados con una nota de prensa que muestro a continuación:

Nota de prensa de Bell Labs felicitando a los galardonados con el Premio Nobel de física de 1956

4. Epílogo

El descubrimiento del transistor, que hemos visto en esta serie de seis artículos, ha tenido un enorme impacto en nuestras vidas y nuestro trabajo. Ha permitido la miniaturización de la electrónica hasta extremos difíciles de imaginar hace unos pocos años, lo que nos ha permitido, entre otro sin fin de aplicaciones, tener potentísimos ordenadores en nuestra casa y en nuestro puesto de trabajo, que se comunican fácilmente entre sí a través de Internet. También ha posibilitado que una gran proporción de habitantes del planeta disponga(mos) de asombrosos teléfonos móviles, verdaderos ordenadores de bolsillo que nos permiten hablar cómodamente sentados en una butaca de nuestro domicilio con alguien situado en el otro extremo del planeta de manera casi instantánea y con una calidad de audición extraordinaria. La lista de utilidades y aplicaciones de los transistores es interminable, me quedo con estos dos ejemplos que condensan la auténtica "Revolución silenciosa" que el transistor ha posibilitado.

Próximamente, publicaré un epílogo a esta serie en la que recogeré diversos vídeos, tanto de la época como más actuales, que reúnen de una forma muy visual toda esta fascinante historia.