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

(El contenido de este artículo está parcialmente recogido en el Capítulo 6 de mi libro: "El radar en la historia del siglo XX. Una de las armas decisivas de la Segunda Guerra Mundial"; 2023, Guillermo Escolar Editor).

En el artículo anterior de esta serie, vimos los antecedentes de lo que se conoció como el transistron, el primer transistor europeo. En este veremos qué ocurrió durante los últimos años de la guerra en el campo de los científicos alemanes implicados en el desarrollo del radar de su ejército y cómo ese trabajo sentó las bases del primer transistor europeo. 

Esquema del año 1949 de un transistron, según se mostraba en Toute la Radio, una revista especializada francesa de la época, donde se aprecian los dos contactos (denominados "chercheurs") próximos entre sí. Esta era la evolución de un concepto ideado por Mataré: el duodiodo, dos diodos en oposición, muy cercanos entre sí. Ver el texto para más detalles

1. Los avatares de la guerra y su influencia en el trabajo de Mataré y Welker

A medida que avanzaba la guerra, los líderes científicos responsables del radar alemán instaron a la Luftwaffe a seguir investigando en sistemas que operaran en lo que ahora llamamos frecuencias de microondas. Argumentaban que esos sistemas serían lo suficientemente pequeños como para poder instalarlos en los cazas interceptores con objeto de detectar la aproximación de aviones enemigos en condiciones de baja visibilidad. De hecho, Alemania disponía de un radar de intercepción aérea denominado Liechtenstein, que operaba a 490 MHz e iba instalado en los aviones Me 110, Ju 88 y Do 217, entre otros. El problema es que la antena del equipo era un verdadero mamotreto que debía situarse en el morro del avión, provocando una resistencia aerodinámica enorme, que limitaba seriamente las prestaciones del interceptor.

Antena de un radar Liechtenstein instalada en el morro de un Dornier Do-217 configurado como caza interceptor nocturno

Si el radar hubiera trabajado a frecuencias más elevadas, la antena habría sido de tamaño reducido y se podría haber instalado en el interior del morro, como en efecto ocurrió al final de la guerra con la última versión del equipo, denominado FuG-240 "Berlín".

Un caza nocturno Ju-88 G-6 capturado por los británicos. En el morro puede verse la cubierta de madera contrachapada del radar FuG-240 "Berlín".

Pero los líderes militares alemanes no consideraron necesario investigar en radares de frecuencia de microondas e hicieron caso omiso de esas peticiones. El jefe de la Luftwaffe, Hermann Göring, que había servido como piloto de caza en la Primera Guerra Mundial, creía firmemente que las habilidades de combate de sus pilotos hacían superfluos los sistemas electrónicos. Se jactaba de decir que "Mis pilotos no necesitan un cine a bordo".

Todo cambió a partir de febrero de 1943, cuando un bombardero Stirling británico derribado sobre Rotterdam, en los Países Bajos, puso de manifiesto el gran retraso que llevaba Alemania en materia de tecnología de radar. El avión iba equipado con las primeras versiones de un radar H2S de ayuda a la navegación que trabajaba a frecuencias de microondas (3 GHz). Göring ordenó un análisis exhaustivo del equipo radar del bombardero y retiró a más de mil científicos, ingenieros y técnicos de los campos de batalla de los diversos frentes donde combatían para resituarlos en las empresas que trabajaban en el radar, en un intento desesperado por ponerse al día. En los primeros meses del verano habían construido un prototipo que funcionaba, pero era demasiado tarde. Los bombarderos aliados, ayudados por los sistemas de radar H2S que permitían a los pilotos operar incluso con mal tiempo, estaban pulverizando las ciudades alemanas con impunidad creciente.

2. El antecesor del transistrón: el duodiodo

En este escenario tan adverso para Alemania, Mataré intensificó sus estudios sobre rectificadores basados en semiconductores, en particular los de silicio, que parecían los más adecuados para la detección de los ecos de un radar de microondas. Pero el bombardeo de Berlín por parte de los aliados hacía la vida muy difícil a los investigadores de Telefunken. "Pasé muchas horas en las estaciones de metro durante los ataques con bombas", dijo años después. Así que en enero de 1944, la empresa trasladó gran parte de sus investigaciones sobre radares a Breslau, en Silesia (la actual Wroclaw, Polonia).

Mataré consiguió construir y estudiar un nuevo e interesante dispositivo, al que denominó "duodiodo" de semiconductor, en el que dos contactos puntuales metálicos muy próximos entre sí entraban en contacto con la superficie del semiconductor, formando dos rectificadores o uniones metal-semiconductor adyacentes y en oposición una de la otra. Sobre el papel, si tales contactos poseían la misma resistencia y capacidad, estos dos rectificadores podían utilizarse en un circuito especial para eliminar el ruido del oscilador de un mezclador superheterodino: el ruido a través de uno de los rectificadores se sumaría a la señal global transmitida por el mezclador, y el ruido a través del otro rectificador se restaría de esa señal, eliminándolo del receptor. Pero para que las características eléctricas de ambos contactos fueran idénticas, estos debían estar muy cerca, a unas pocas micras de distancia, con objeto de que ambos entraran en contacto con la misma zona de la superficie del semiconductor.

Mataré trabajó sobre esta idea con muestras de silicio y con muestras de germanio que le había suministrado un equipo de investigación de la Luftwaffe situado cerca de Múnich en el que se encontraba Heinrich Welker, su futuro colaborador. Aunque el silicio funcionaba mejor para los receptores de radar porque rectificaba a frecuencias más altas, los duodiodos de germanio mostraban un comportamiento intrigante. Según Mataré, cuando las dos puntas tocaban la superficie a menos de 100 μm de separación, de vez en cuando notaba que al variar el voltaje en una de las puntas podía influir en la corriente que pasaba por la otra, un fenómeno que bautizó como "interferencia". Mataré había dado con un método para influir en esta capa, que había bloqueado obstinadamente los intentos anteriores de fabricar un amplificador de estado sólido. En otras palabras, había dado con una de las claves del funcionamiento del transistor de puntas de contacto, esto es dos uniones interdependientes entre sí. Sin embargo, las urgencias de la guerra le impidieron seguir investigando esta interesante posibilidad.

Página inicial de la patente US 2.552.052 de Herbert Mataré de abril de 1948 en la que se muestra el esquema del concepto de "duodiodo". La figura 3 ilustra esa idea, que en su evolución posterior dio lugar a lo que hoy día conocemos como transistor bipolar, con dos uniones (D1 y D2) muy próximas e interdependientes

El frente oriental de Alemania se derrumbó en enero de 1945 y el ejército ruso se acercó rápidamente a Breslau. El laboratorio de Telefunken donde trabajaba Mataré fue abandonado apresuradamente, y todos los libros y registros del laboratorio fueron quemados para mantenerlos fuera de las manos de los soviéticos. El grupo intentó reconstituir su programa de trabajo en el centro de Alemania, pero el ejército estadounidense puso fin a este esfuerzo en abril de 1945, enviando a Mataré a casa para reunirse con su familia en la cercana Kassel.

El futuro colega de Mataré, Heinrich Welker, tampoco se libró de las penurias de la guerra. Las bombas aliadas destruyeron su laboratorio cerca de Munich en octubre de 1944. Así las cosas y de manera sorprendente, se estaban sentando las bases para la colaboración de ambos científicos en el tiempo de posguerra que se avecinaba. Lo veremos en el próximo artículo.