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

En el artículo anterior de esta serie, vimos cómo ciertos acontecimientos ocurridos durante la segunda parte de la guerra en Europa dieron lugar a una serie de conceptos que sentaron las bases del primer transistor europeo, aspecto que abordaremos en este artículo.

Logo de la Compagnie des Freins et Signaux, Westinghouse, la empresa donde trabajaban Mataré y Welker en la que inventaron el transistron

1. La segunda guerra mundial como impulsor (imprevisto) del transistor

A principios del año 1945, Welker, que durante la década de 1930 había trabajado en los principios de la mecánica cuántica aplicados a los electrones en los metales, empezó a reflexionar sobre cómo utilizar el silicio y el germanio para fabricar un amplificador de estado sólido. Durante la década de 1930, tanto el silicio como el germanio se consideraban como si fueran metales, pero esto era debido en gran medida al alto nivel de impurezas que había en las muestras disponibles en aquellos años en Alemania. El silicio y el germanio de mucha mayor pureza que los investigadores aliados utilizaron para construir sistemas de radar durante la Segunda Guerra Mundial, tenían muchos menos portadores de corriente y se comportaban más como semiconductores que como metales. Welker, que dominaba los procedimientos de purificación del germanio, se dio cuenta de que ambos semiconductores podían utilizarse para fabricar lo que ahora llamamos un transistor de efecto campo. De hecho, el dispositivo que tenía en mente era sorprendentemente similar a uno que Shockley iba a sugerir en los Bell Labs unos meses después (ver este artículo publicado en este blog para más detalles). Pero las pruebas que realizó en marzo de 1945 no revelaron tal amplificación. En su cuaderno de laboratorio registró "sólo pequeños efectos", órdenes de magnitud inferiores a los predichos por la teoría. Shockley, Brattain y sus colegas de los Bell Labs intentaron realizar pruebas similares esa misma primavera, con resultados igualmente decepcionantes. Como hemos visto en un artículo anterior, los fracasos pronto llevaron a Bardeen a postular la novedosa idea de los "estados de superficie", es decir, que los electrones libres del interior del semiconductor se atrapaban de algún modo en su superficie, apantallando el campo eléctrico e impidiendo su acción. Esta conjetura los llevó a inventar el transistor de puntas de contacto en diciembre de 1947, poco tiempo después de descubrir cómo superar el apantallamiento.

Mientras tanto, una vez finalizada la guerra ―en 1946―, Welker fue detenido por agentes de inteligencia británicos y franceses, quienes le interrogaron acerca de su participación en el radar alemán.

2. Nace el transistor europeo, en París, de manos de dos científicos alemanes

Tras ser liberado, Welker recibió una oferta para trabajar en París en una filial de Westinghouse, la Compagnie des Freins et Signaux Westinghouse. El objetivo inmediato de la empresa era fabricar rectificadores de germanio para las telecomunicaciones y la electrónica militar. Casi simultáneamente, Mataré también fue interrogado por los agentes de inteligencia mientras enseñaba en Aquisgrán en 1946. Como dominaba el francés, recibió una oferta similar a la de Welker y aceptó con entusiasmo unirse a la compañía ubicada en París, ya que investigar en la devastada Alemania ocupada era casi imposible.

Ambos físicos alemanes, que tenían en ese momento 34 años, se reunieron en París y comenzaron a organizar su trabajo. Encontraron una casa de dos pisos vacía en el suburbio de clase media de Aulnay-sous-Bois, al noroeste de la ciudad. En el sótano, Welker instaló su equipo para purificar y obtener cristales de germanio. El laboratorio de pruebas de Mataré se situó en la planta baja, donde poco después una línea de producción comenzó a fabricar miles de rectificadores al mes. En la planta superior se habilitaron oficinas y habitaciones en las que a menudo pernoctaban, especialmente durante el primer año. Mataré recordaría años después con nostalgia que de vez en cuando se despertaba con los suaves trinos de Welker tocando su violín en la habitación contigua.

Tras un primer año frenético y con los rectificadores finalmente en producción a finales de 1947, Mataré comenzó a abordar los curiosos efectos de interferencia que había visto en los duodiodos de germanio durante la guerra, que ya vimos en el artículo anterior de esta serie. Cuando puso los dos contactos puntuales a menos de 100 μm de distancia, de nuevo pudo conseguir ocasionalmente que uno de ellos influyera en el otro. De hecho, con una tensión positiva en uno de ellos, podía modular e incluso amplificar la señal eléctrica recibida en el otro, pero seguía ocurriendo sólo de forma esporádica. Siguiendo una corazonada, pidió a Welker que fabricara muestras de germanio más grandes, de las que pudieran cortar muestras de mayor pureza. Con este material de mayor calidad, Mataré consiguió finalmente una amplificación fiable y repetitiva en junio de 1948, seis meses después de la invención del transistor de Bardeen y Brattain en Bell Labs.

Animados por este éxito, intentaron hacer una demostración a las autoridades ministeriales, pero no lograron interesar a nadie. Por aquel entonces, Welker trató de analizar lo que ocurría justo debajo de la superficie del germanio del extraño artilugio de Mataré. Welker especuló con que uno de los contactos, al que denominó "electrodo de mando" o "electrodo de control", estaba induciendo fuertes campos eléctricos en el germanio justo debajo del otro contacto, alterando la conductividad del material allí. Pero Mataré no se creía esa explicación, que seguía la lógica del intento fallido de Welker en 1945 de crear un amplificador basado en lo que se denomina "efecto campo". Mientras ambos debatían diversas interpretaciones del fenómeno del duodiodo, llegaron noticias sorprendentes del otro lado del Atlántico: en una conferencia de prensa celebrada el 30 de junio, los Bell Labs levantaron su velo de secreto de seis meses y anunciaron la invención del transistor.

Izquierda: Nota de prensa de Bell Labs anunciando el transistor. Derecha: En el acto de presentación público, se mostró una maqueta del dispositivo a escala gigante para explicar las peculiaridades de su funcionamiento

El 1 de julio, The New York Times se hizo eco del avance y el primer artículo sobre el transistor se publicó en el número del 15 de julio de Physical Review. Increíblemente, el amplificador de estado sólido de Bell Labs también tenía un par de puntas metálicas muy próximas entre sí que pinchaban una superficie de germanio.

Izquierda: dibujo de la sección transversal del transistron. En el dibujo, las dos puntas metálicas (chercheurs) entran en contacto con la superficie de una lámina de germanio (cristal). Un técnico ajustaba las posiciones de los dos contactos para obtener las características eléctricas adecuadas a través de una ventana (fenêtre de contrôle). La estructura interna es similar al primer prototipo de transistor de puntas de contacto de los Bell Labs, que se ve en la parte derecha de la imagen

Mataré no tardó en conocer la explicación de Bardeen y Brattain sobre los curiosos efectos que había estado observando en su dispositivo, lo que hoy denominamos inyección de portadores minoritarios. Después de las revelaciones de los Bell Labs, Mataré y Welker no tuvieron mucha dificultad en conseguir que las autoridades oficiales visitaran su laboratorio. Estos les instaron a solicitar una patente francesa para su dispositivo semiconductor y también les sugirieron que lo llamaran con un nombre ligeramente diferente: transistron. Así que los dos físicos se apresuraron a redactar una descripción de la patente y la transmitieron a los abogados de Westinghouse. El 13 de agosto, la empresa presentó al Ministerio de Industria y Comercio de Francia una solicitud de patente para un "Nouveau système cristallin à plusieurs électrodes réalisant des effets de relais électroniques".

Un transistron comercial fabricado por la empresa de Mataré y Welker

En una conferencia de prensa posterior, celebrada en mayo de 1949, los dos científicos alemanes ya tenían el dispositivo en producción limitada y estaban empezando a enviar unidades para utilizar como amplificadores en la red de telefonía francesa, inicialmente en la línea entre París y Limoges. Los periodistas asistentes aclamaron a los dos físicos como "les pères du transistron".

Pero el gobierno francés y Westinghouse no supieron aprovechar las ventajas técnicas en materia de semiconductores que parecían tener entonces. Después de Hiroshima, la física nuclear se había convertido en la disciplina científica de moda en la mente del público y la energía nuclear se anunciaba como la ola del futuro. Francia quedó encantada con la persecución del genio nuclear no embotellado en los años 40, mientras ignoraba su prometedor transistron.

En el próximo artículo, con el que finalizaré esta serie, mostraré el limitado recorrido comercial del dispositivo, que dio pie al resurgimiento de la industria de semiconductores en Alemania.