Del tubo de vacío al chip, el avance de la electrónica

Decir 'electrónica' es hoy hablar de una forma de vida, desde nuestros smartphones hasta aparatos de cocina, desde pizarras escolares hasta sistemas de diagnóstico médico. Y por supuesto Internet, el mayor dispositivo electrónico del planeta, conectado mediante sistemas como el Wi-Fi, que a veces ni siquiera sabemos que son las siglas en ingles de fidelidad inalámbrica: 'Wireless Fidelity'.

Pero… ¿qué significa exactamente 'electrónica'? La palabra electricidad procede del griego antiguo 'electrón', como se llamaba al ámbar. Como Tales de Mileto había escrito sobre las propiedades de atracción del ámbar cuando se le frotaba (sin saber que generaba electricidad estática), el organizador del método científico Francis Bacon llamó 'eléctricos' a objetos que, como el ámbar, atraían a otros. El nombre se aplicó luego a la forma de energía que se transmite mediante el movimiento de partículas cargadas. El físico irlandés George Johnstone Stoney dio en 1896 el nombre de 'electrón' a una hipotética cantidad eléctrica mínima que el físico inglés J.J. Thomson identificó apenas 6 años después como una partícula subatómica con carga negativa.

La electricidad es así el flujo de la corriente eléctrica y su transformación en otras formas de energía, como luz, calor o movimiento, mientras que la electrónica, una palabra que apenas se popularizó en las décadas de 1940-1950, se refiere al control del flujo de electrones para realizar una tarea determinada. El flujo eléctrico utiliza materiales conductores como el cobre o el aluminio, mientras que la manipulación del flujo de electrones se realiza a través de materiales semiconductores, a los que se puede manejar con cargas eléctricas para que conduzcan o se resistan a conducir una carga.

La era de la electrónica comenzó con la invención del tubo de vacío, válvula o bulbo patentado en 1904 por el ingeniero británico John Ambrose Fleming. Haciendo pasar o interrumpiendo la corriente en el vacío, podía utilizarse como interruptor, como amplificador o incluso como pantalla. Esta última función se consigue recubriendo un extremo con una sustancia que fosforece o se ilumina al ser tocada por un electrón y poniendo al otro extremo uno o más cañones de electrones (o cátodos, de ahí que se le denomine tubo o pantalla de rayos catódicos) cuyo recorrido es modulado y enfocado por electrodos situados en su camino para dibujar una imagen en la superficie fosforescente. Hasta 2005, estas pantallas eran los elementos dominantes en televisores y ordenadores, que luego fueron sustituidos por pantallas planas de cristal líquido.

El tubo de vacío jugó un importante papel en la Segunda Guerra Mundial, primero como componente indispensable del radar, que dio la ventaja estratégica al Reino Unido en la Batalla de Inglaterra que impidió que las fuerzas de la Alemania nazi invadieran las islas británicas, y después como base de los decodificadores electrónicos empleados por Estados Unidos para descifrar las claves alemanas.

Como interruptor, el tubo podía tener dos posiciones, abierto o cerrado. Esto permitía usar grandes bancos de tubos para manipular números en formato binario, es decir, sólo de unos y ceros, lo que permitió que entre 1943 y 1945 los descifradores británicos, entre ellos Alan Turing, crearan el primer ordenador digital electrónico, Colossus.

El tubo de vacío tenía enormes problemas, era poco fiable, se fundía con frecuencia y emitía una gran cantidad de calor que, además de ser un desperdicio de energía, exigía complejos sistemas de enfriamiento cuando se usaban grandes números de ellos.

Los laboratorios Bell, fundados originalmente por Alexander Graham Bell con uno de los premios que recibió por la invención del teléfono, empezaron a trabajar en 1930 en la búsqueda de un interruptor de estado sólido, es decir, que no requiriera el vacío de los tubos. La solución yacía en los materiales semiconductores con los que empezó a trabajar en 1945 un equipo del laboratorio formado por los físicos teóricos Bill Shockley y John Bardeen, y el físico experimental Walter Brattain, además de varios químicos e ingenieros.

El primer intento utilizaba la idea de Shockley de que un campo eléctrico podía afectar al comportamiento de los semiconductores cercanos. La teoría era sólida, pero fracasó en la práctica y nadie sabía por qué. Bardeen y Brattain fueron designados para averiguarlo, y empezaron una serie de experimentos. Juntos experimentaron con semiconductores hechos del metal llamado germanio, pero resultó que las ideas que se tenían entonces sobre el comportamiento de los electrones en los cristales eran erróneas. John Bardeen demostró cómo actuaban los electrones, lo que permitió que él y Brattain diseñaran el primer transistor, sin que Shockley estuviera al tanto. Al enterarse, éste se embarcó en un acelerado proceso creativo que le llevó a diseñar el primer dispositivo viable, formado por tres capas de material. Las dos exteriores, como el pan de un sándwich, emitían y recibían electrones. La intermedia, el 'jamón', podía dejarlos pasar si se le aplicaba una pequeña corriente o bloquearlos, como el grifo de un lavabo, si no la recibía. Podía transmitir o resistir el paso de electrones, así que lo llamaron 'transistor' (transmisor-resistor).

El diseño se llevó a la práctica y el invento se presentó al mundo el 30 de junio de 1948, sin imaginar siquiera que con ello los diseñadores cambiarían el mundo y su pequeño dispositivo se consideraría el invento más importante del siglo XX. Hacía lo que los tubos, pero su producción era mucho menos costosa, duraba más y era muchísimo menos frágil. Utilizados primero para fines militares, los transistores tuvieron sus primeras aplicaciones en dispositivos miniaturizados como los aparatos para la audición, y pronto se utilizaron en todo tipo de aparatos, muy especialmente los radiorreceptores de transistores, los primeros que uno podía llevar consigo para informarse y escuchar música, y en televisores.

Los transistores lanzaron el desafío de la miniaturización, y para mediados de la década de 1950 los avances tecnológicos permitieron integrar transistores minúsculos en pequeños chips llamados, precisamente, 'circuitos integrados', abriendo las puertas a máquinas diminutas capaces de hacer posibles los viajes espaciales y toda la moderna era electrónica.

Por su labor, los tres físicos recibieron el premio Nobel de la especialidad en 1956.