El transistor electrónico moderno es un dispositivo semiconductor, utilizado habitualmente para amplificar o conmutar señales electrónicas. Un transistor está formado por una pieza sólida de un material semiconductor, con al menos tres terminales para su conexión a un circuito externo. Una tensión o corriente aplicada a un par de terminales del transistor, cambia la corriente que circula por otro par de terminales. Como la potencia controlada (de salida) puede ser mucho mayor que la potencia de control (de entrada), el transistor proporciona la amplificación de una señal. El transistor es el elemento fundamental de los dispositivos electrónicos modernos y se utiliza en la radio, el teléfono, los ordenadores y otros sistemas electrónicos. Algunos transistores se empaquetan individualmente, pero la mayoría se encuentran en circuitos integrados.

Como suele ocurrir con muchos inventos, el transistor es el resultado del trabajo de muchos inventores, y sólo el último, o el más inteligente, se lleva toda la gloria. En este caso fueron los estadounidenses John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain, a quienes se les concedió el Premio Nobel de Física en 1956 por su invención del transistor, que ha sido calificado como el invento más importante del siglo XX

¿Quién fue el primero, sin embargo?

El inicio de la investigación en semiconductores está marcado por el informe de Michael Faraday de 1833 sobre el coeficiente de temperatura negativo de la resistencia del sulfuro de plata. Esta es la primera observación de una propiedad semiconductora. En su artículo de 1833, «Experimental Researches in Electricity», Faraday (véase el retrato cercano) divulgó esta observación. Esta observación se distingue de las propiedades habituales de los metales y los electrolitos, en cuyo caso la resistencia aumenta con la temperatura.

El siguiente contribuyente significativo al campo de los semiconductores es el físico experimental francés Edmond Becquerel. En 1839, informó de la observación del fotovoltaje en los electrodos de platino recubiertos de cloruro de plata. En su experimento, un electrodo de platino recubierto de AgCl se sumergió en una solución acuosa de electrolito de ácido nítrico. La iluminación del electrodo generó una fotovoltaje que alteró el CEM producido por la célula, de hecho, produjo una fotocorriente reductora (catódica) en el electrodo recubierto de AgCl; éste fue el primer dispositivo fotovoltaico del que se informó. La fotocorriente se generaba en el contacto metálico semiconductor Ag/AgCl.

En 1873, el ingeniero eléctrico inglés Willoughby Smith (1828-1891) (véase el retrato cercano) llegó al descubrimiento de la fotoconductividad del selenio. Al principio trabajaba con cables submarinos. Se puso a experimentar con el selenio por su alta resistencia, que parecía adecuada para su telegrafía submarina. Varios experimentadores midieron la resistencia de las barras de selenio, pero la resistencia medida por ellos en diferentes condiciones no coincidía en absoluto. Entonces Smith descubrió que la resistencia dependía realmente de la intensidad de la luz incidente. Cuando las barras de selenio se colocaban dentro de una caja con la tapa deslizante cerrada, la resistencia era la más alta. Cuando se colocaban vidrios de varios colores en el camino de la luz, la resistencia variaba según la cantidad de luz que atravesaba el vidrio. Pero cuando se retiraba la tapa, la conductividad aumentaba. También descubrió que el efecto no se debía a la variación de la temperatura.

En 1874, el físico alemán Ferdinand Braun (véase el retrato cercano), un joven de 24 años graduado en la Universidad de Berlín, estudió las características de los electrolitos y los cristales que conducen la electricidad en la Universidad de Würzburg. Al sondear un cristal de galena (sulfuro de plomo) con la punta de un fino hilo metálico, Braun observó que la corriente fluía libremente en una sola dirección. Había descubierto el efecto de rectificación en el punto de contacto entre los metales y ciertos materiales cristalinos.
Braun demostró este dispositivo semiconductor ante una audiencia en Leipzig el 14 de noviembre de 1876, pero no encontró ninguna aplicación útil hasta la llegada de la radio a principios del siglo XX, cuando se utilizó como detector de señales en un aparato de «radio de cristal». El nombre descriptivo común de detector de «bigote de gato» se deriva de la fina sonda metálica utilizada para hacer contacto eléctrico con la superficie del cristal. Braun es más conocido por su desarrollo del osciloscopio de tubo de rayos catódicos (TRC) en 1897, conocido como el «tubo Braun» (Braunsche Röhre en alemán). Compartió el Premio Nobel de 1909 con Guglielmo Marconi por sus contribuciones al desarrollo de la telegrafía inalámbrica, principalmente el desarrollo de circuitos sintonizables para receptores de radio.

El primer hombre que aplicó los semiconductores con fines prácticos fue el polímata bengalí Sir Jagadish Chandra Bose (1858-1937). Jagadish Chandra Bose (véase el retrato cercano) fue un genio de la física, la biología, la botánica, la arqueología y el escritor de ciencia ficción. Para recibir la radiación, utilizó una variedad de uniones metálicas semiconductoras diferentes conectadas a un galvanómetro muy sensible en serie. Inventó varios dispositivos semiconductores, el primero de los cuales fue su detector de galena, que inventó en algún momento entre 1894 y 1898, y que demostró en el Royal Institution Discourse en 1900. En este dispositivo, un par de contactos puntuales (bigotes de gato), en este caso de galena, se conectaba en serie con una fuente de tensión y un galvanómetro. Este dispositivo podía detectar cualquier tipo de radiación, onda hertziana, ondas de luz y otras radiaciones. Llamó a su detector de puntos de contacto de galena una retina artificial (porque mediante una disposición adecuada se podía hacer que detectara sólo la onda luminosa), un radiómetro universal. Posteriormente, Bose obtuvo la primera patente del mundo para un dispositivo semiconductor, concretamente para el detector de galena. Entre sus otros receptores semiconductores pioneros de estado sólido se encuentran el coherer de muelle espiral y el coherer de hierro y mercurio (detector) con un teléfono.

Entre 1902 y 1906, el ingeniero eléctrico de American Telephone and Telegraph Greenleaf Whittier Pickard (1877-1956) (véase el retrato cercano) probó miles de muestras de minerales para evaluar sus propiedades de rectificación. Los cristales de silicio de Westinghouse dieron algunos de los mejores resultados. El 20 de agosto de 1906, presentó una patente estadounidense sobre «Medios para recibir comunicación inteligente por ondas eléctricas» para un detector de contacto puntual de silicio (diodo) y se le concedió ese mismo mes de noviembre (véase la patente estadounidense 836531 de Pickard). Con dos socios, Pickard fundó la Wireless Specialty Apparatus Company para comercializar detectores de radio de cristal de «bigote de gato». Fue probablemente la primera empresa en fabricar y vender dispositivos semiconductores de silicio. Otro inventor estadounidense, Henry Dunwoody, recibió la patente de un sistema que utilizaba un detector de contacto puntual hecho de carborundo (carburo de silicio) sólo unas semanas después de Pickard.

En 1915, el físico estadounidense Manson Benedicks descubrió que un cristal de germanio puede utilizarse para convertir la corriente alterna en corriente continua, es decir, las propiedades rectificadoras de los cristales de germanio. De este modo, el germanio se añadió a la lista de semiconductores. Hasta entonces, la lista era corta y estaba formada por el silicio, el selenio y el telurio.

En 1927 los estadounidenses L.O. Grondahl y P.H. Geiger inventaron el rectificador de óxido de cobre. La patente estadounidense 1640335 fue concedida el 23 de agosto de 1927 a Grondahl.

En 1925 el famoso inventor Julius Lilienfeld (véase la foto cercana) presentó una solicitud de patente en Canadá, el año siguiente en EE.UU., describiendo un dispositivo, muy similar a un transistor MESFET, que denominó entonces Método y Aparato para Controlar Corrientes Eléctricas (véase la patente estadounidense 1745175 de Lilienfeld).
Julius Edgar Lilienfeld (1882-1963) fue una persona notable en el campo de la física y la electrónica. El judío austriaco Lilienfeld nació en Lemberg, en Austria-Hungría (actualmente llamada Lviv, en Ucrania). Recibió educación (doctorado en física) y vivió en Alemania hasta mediados de la década de 1920, cuando decidió emigrar a Estados Unidos. Además de la patente mencionada del primer transistor, fue titular de otras patentes en este campo: la patente estadounidense 1900018 «Device for controlling electric current» (Dispositivo para controlar la corriente eléctrica), de 1928, para un transistor MOSFET de película fina; la patente estadounidense 1877140 «Amplifier for electric currents» (Amplificador para corrientes eléctricas), de 1928, para un dispositivo de estado sólido en el que el flujo de corriente se controla mediante una capa metálica porosa, una versión de estado sólido del tubo de vacío; la patente estadounidense 2013564 «Electrolytic condenser» (Condensador electrolítico), de 1931, para el primer condensador electrolítico. Cuando Brattain, Bardeen y Shockley intentaron obtener una patente para su transistor, la mayoría de sus reivindicaciones fueron rechazadas, en concreto debido a las patentes de Lilienfeld.

En 1934 otro científico alemán, Oskar Heil (1908-1994), ingeniero eléctrico e inventor, solicitó una patente alemana para un primer dispositivo similar a un transistor, describiendo la posibilidad de controlar la resistencia en un material semiconductor con un campo eléctrico, que denominó Improvements in or relating to electrical amplifiers and other control arrangements and devices. En 1935, Heil recibió una patente británica (véase el dibujo cercano de la patente británica), belga y francesa por su dispositivo.

En 1939, William Shockley y Walter Brattain, investigadores de Bell Telephone Labs en Nueva Jersey, hicieron un intento infructuoso de construir un amplificador semiconductor insertando una pequeña rejilla de control en una capa de óxido de cobre. La Segunda Guerra Mundial puso fin a sus experimentos. Sin embargo, en 1947, el mismo Brattain, esta vez junto con John Bardeen, inventó el transistor de contacto puntual (véase la foto cercana del primer transistor, fabricado con germanio). William Shockley (el líder del equipo) no estaba allí en ese momento y no recibió el crédito por el invento, lo que le molestó mucho. Menos mal. El transistor de contacto puntual era difícil de fabricar y no muy fiable. Tampoco era el transistor que Shockley quería, así que siguió trabajando en su propia idea, que dio lugar al transistor de unión, que era más fácil de fabricar y funcionaba mejor. Bardeen y Brattain presentaron una solicitud de patente el 17 de junio de 1948 y la patente se emitió el 3 de octubre de 1950 (véase la patente).

William Shockley solicitó su primera patente para el transistor de unión casi al mismo tiempo: la patente 2569347 se presentó el 26 de junio de 1948 y se emitió el 25 de septiembre de 1951 (véase la primera patente de Shockley).

John Bardeen (1908-1991), William Bradford Shockley (1910-1989) y Walter Houser Brattain (1902-1987), (véase la foto inferior) compartieron el Premio Nobel de Física en 1956 «por sus investigaciones sobre los semiconductores y su descubrimiento del efecto transistor».

Bardeen (izquierda), Shockley (centro) y Brattain (derecha)

¿Cómo funciona un transistor?

El diseño de un transistor le permite funcionar como amplificador o interruptor. Esto se consigue utilizando una pequeña cantidad de electricidad para controlar una puerta en un suministro de electricidad mucho mayor, de forma parecida a como se gira una válvula para controlar un suministro de agua.
Los transistores se componen de tres partes, llamadas base, colector y emisor. La base es el dispositivo controlador de la puerta para el suministro eléctrico más grande. El colector es el suministro eléctrico más grande, y el emisor es la salida de ese suministro. Enviando niveles variables de corriente desde la base, se puede regular la cantidad de corriente que fluye a través de la puerta desde el colector. De esta manera, se puede utilizar una cantidad muy pequeña de corriente para controlar una gran cantidad de corriente, como en un amplificador. El mismo proceso se utiliza para crear el código binario de los procesadores digitales, pero en este caso se necesita un umbral de tensión de cinco voltios para abrir la puerta del colector. De este modo, el transistor se utiliza como un interruptor con una función binaria: cinco voltios-ON, menos de cinco voltios-OFF.