Cada vez que levantas el teléfono, tocas un transistor. Lo parpadeas en la pantalla de una computadora. Internet depende de millones de usuarios para seguir funcionando. ¿Pero qué son exactamente?
Piense en el transistor como un grifo muy preciso. No se trata sólo de activar o desactivar el tráfico. Controla cuánta agua pasa. En el mundo de la electricidad, “agua” es el flujo de electrones. Los transistores controlan este flujo con mucha precisión, lo que permite que los circuitos enciendan y apaguen las señales o las amplifiquen para que puedan viajar más lejos.
Sin ese control, los dispositivos electrónicos modernos no sólo serían torpes, sino que dejarían de existir.
El momento accidental del predecesor del silicio
La invención del transistor no fue un acto genial al azar. Requiere materiales que sólo pueden producirse científicamente en determinados momentos de la historia.
Los primeros transistores creados en los Laboratorios Bell estaban hechos de germanio. Los científicos saben que el germanio puro es un aislante e impide el flujo de electricidad. Sin embargo, se ha descubierto que agregarle pequeñas impurezas mediante un proceso llamado dopaje lo convertía en un conductor débil. Esto llevó al nacimiento de los semiconductores.
Los semiconductores se encuentran en algún punto intermedio. No son conductores perfectos como el cobre, ni aislantes perfectos como el vidrio. Se pueden sintonizar.
¿Por qué sucedió esto justo después de la Segunda Guerra Mundial? momento. El esfuerzo bélico impulsó importantes avances en el refinado del germanio puro y la mejora de las técnicas de dopaje. De repente, las materias primas necesarias para fabricar transistores finalmente alcanzaron la pureza requerida. Antes de esto, estas cosas no existían en una forma utilizable.
Cruces P-N: la calle de sentido único de la electrónica
El dopaje determina el comportamiento de los semiconductores. Dependiendo de qué elementos se agreguen al germanio, puede ocurrir una de las siguientes situaciones:
- Tipo N: Los aditivos añaden electrones adicionales. Debido a que están cargados negativamente, el material intenta expulsar los electrones.
- Tipo P: El dopante elimina un electrón y crea un “agujero” donde solía estar el electrón. Esto hace que el material se cargue positivamente y atraiga electrones de materiales cercanos.
Colocar una capa de tipo N junto a una capa de tipo P crea un diodo P-N.
Esta intersección tiene tráfico eléctrico de un solo sentido. La electricidad fluye fácilmente en una dirección, pero se bloquea en la otra dirección. Esta propiedad es la base de la rectificación, que convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC) y es la base de todos los circuitos complejos.
De diodos a transistores de unión
Los diodos son útiles, pero los transistores también son potentes. Para lograrlo, los ingenieros colocaron estos materiales uno tras otro.
El resultado final es una estructura P-N-P o N-P-N. La capa intermedia se llama base. El punto donde se cruzan las capas se llama uniones. Por lo tanto, el dispositivo original a menudo se denomina transistor de unión.
Hay magia aquí. Dirigiendo una pequeña corriente a esta capa base, se pueden dirigir corrientes mucho mayores a través del resto del dispositivo.
Cuando se aplica una pequeña corriente a la base, la puerta se abre y los electrones se mueven del lado tipo N al lado tipo P. Esa pequeña entrada actúa como un interruptor. A través de él puede pasar una gran corriente. Cuando se detiene la entrada, la corriente grande se detiene.
Debido a esta doble función, los transistores son la columna vertebral de la informática. Estos actúan como interruptores de puerta lógica (0 o 1, encendido o apagado). Estos actúan como amplificadores (amplificando señales débiles) para radios, audio y sensores.
El cambio del silicio
Durante más de 20 años, los transistores de germanio han estado en todas partes. Estos funcionaron en las primeras radios, computadoras y televisores.
Sin embargo, el germanio también tiene sus desventajas. Es sensible al calor y más difícil de refinar de manera constante. Finalmente, la industria pasó a los semiconductores basados en silicio. El silicio es abundante, económico de manejar y mucho más confiable bajo diferentes temperaturas.
Actualmente, pocas personas utilizan el germanio para fabricar nuevos productos electrónicos comerciales. Pero el principio es el mismo. Las capas tipo N y tipo P todavía bailan juntas, intercambiando corriente y amplificando la señal. El material ha cambiado. La física no lo hizo.
Hemos pasado de voluminosos bloques de germanio a
