El FET (y especialmente el MOSFET) opera por voltaje, lo que lo vuelve un dispositivo extremadamente veloz (con un tiempo de conmutación del orden de nanosegundos), así que es el ideal para toda la electrónica actual.
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La tecnología actual descansa en un dispositivo microscópico. Los equipos que utilizamos día a día contienen miles de millones de ellos: el teléfono celular, la computadora, la tablet, el coche —aunque no sea eléctrico—, la televisión, el radio, el módem, entre otros; así como los sistemas de comunicaciones, defensa, internet y esparcimiento, todos sustentados en estos componentes invisibles pero esenciales.
Sin embargo, muy pocas personas conocen su existencia más allá de los ingenieros de electrónica y computación, pese a su enorme importancia actual. En esta ocasión comentaremos sobre la historia del transistor de efecto de campo (FET, por sus siglas en inglés).
Julius Edgar Lilienfeld nació el 18 de abril de 1882 en Lemberg (hoy Lviv o Leópolis, Ucrania), en ese tiempo parte del Imperio Austrohúngaro. Ingresó a la universidad en 1900 y obtuvo el grado de doctorado en 1905 (bajo la tutela del célebre físico Max Planck). Se convirtió en profesor de la Universidad de Leipzig, donde se especializó en el estudio de los tubos de vacío, y fue de los pioneros en el análisis de la física de semiconductores, particularmente del silicio y el germanio.
Lilienfeld emigró a los Estados Unidos de América (EUA) en 1921 y continuó con sus investigaciones de forma independiente. En esos años tuvo la idea de crear un dispositivo que sustituyera al triodo como amplificador para los circuitos de radio y telefonía. Lo describió como un dispositivo semiconductor de tres terminales. Hay que anotar que los dispositivos electrónicos de esa época eran los tubos de vacío (conocidos en México como “bulbos”), los cuales tenían desventajas como su fragilidad, alto consumo de potencia, gran tamaño y un largo tiempo de encendido.
Sin embargo, la idea de este dispositivo —antecesor del moderno FET— estaba muy adelantada a su época, de tal forma que hubo que esperar cuatro décadas para su desarrollo final. Podemos anotar que también ideó un dispositivo que tuvo éxito inmediato y se sigue utilizando hasta nuestros días en los circuitos eléctricos y electrónicos: el capacitor electrolítico. Lilienfeld falleció el 28 de agosto de 1963 en Santo Tomás, Islas Vírgenes.
Al término de la Segunda Guerra Mundial, los Laboratorios Bell se dieron a la tarea de buscar un sustituto de los tubos de vacío. Para esto contrataron a tres doctores estadounidenses: William Shockley, John Bardeen y Walter Brattain. Los dos últimos formaron un excelente equipo, ya que Bardeen era un físico teórico, mientras que Brattain era un físico experimental. Después de varios meses de trabajo, el 16 de diciembre de 1947 inventaron un dispositivo que cambió para siempre la tecnología: el transistor, construido a base de cristales de silicio.
Shockley se había desentendido de su trabajo, por lo que, al darse cuenta de que quedaba fuera de la historia, mejoró el invento —que utilizaba la tecnología de punto de contacto— y desarrolló el transistor de unión bipolar (BJT), que utilizamos hasta el día de hoy. Los tres recibieron el Premio Nobel de Física en 1956 (John Bardeen incluso recibió un segundo Nobel en 1972, por el desarrollo de superconductores).
La invención del transistor marcó el inicio de la miniaturización de la electrónica. Los radios, por ejemplo, que se construían dentro de un elegante mueble de maderas preciosas y ocupaban un gran espacio, se volvieron portátiles. El transistor es considerado uno de los inventos más importantes del siglo XX (y de la historia de la Humanidad, me atrevería a decir). Sin embargo, este primer tipo de transistor presenta una limitación, ya que opera por corriente, y aunque es muy rápido, no le alcanza para operar satisfactoriamente en los modernos circuitos digitales.
Dawon Kahng nació el 4 de mayo de 1931 en lo que hoy es Seúl, Corea del Sur. Estudió la licenciatura en física en la Universidad Nacional de Seúl, y un año después emigró a los EUA para sus estudios de posgrado. Obtuvo el grado de doctor en física por la Universidad de Ohio en 1959. Posteriormente, inició una larga carrera en los Laboratorios Bell en el área de física de semiconductores.
Martin Atalla nació el 4 de agosto de 1924 en Puerto Said, Egipto. Recibió el grado de licenciatura en la Universidad de El Cairo, antes de viajar a los EUA para continuar con sus estudios de maestría y doctorado. Obtuvo el grado de doctor en ingeniería mecánica por la Universidad Purdue en 1949. Inmediatamente se integró a los Laboratorios Bell, donde desarrollaría aportaciones clave.
Mediante su trabajo en equipo, Kahng y Atalla desarrollaron el primer transistor tipo MOSFET en 1959. Las mejores características de este dispositivo —mayor velocidad y gran capacidad de integración— lo llevaron a sustituir al transistor original en aplicaciones de electrónica digital y de potencia.
Dawon Kahng falleció el 13 de mayo de 1992 en Nueva Jersey, EUA; mientras que Martin Atalla murió el 30 de diciembre de 2009 en Atherton, California, EUA. Su dispositivo —sumado al uso del sistema binario— tuvo un impacto descomunal en el desarrollo de circuitos integrados, microprocesadores y toda la electrónica moderna.
LEGADO
El MOSFET es el dispositivo más fabricado en la historia de la Humanidad. Todos los días salen de las fábricas —especialmente de Taiwán— trillones de estos microscópicos artefactos empacados en chips. Como ejemplo, podemos mencionar que el microprocesador del iPhone 17 contiene nada menos que diecinueve mil millones de transistores.
Podemos constatar todos los días hasta dónde nos ha llevado esta tecnología, y también imaginar hasta dónde nos llevará. Ningún avance tecnológico se puede comparar con el desarrollo de la microelectrónica. Obviamente, existe un límite, ya que un transistor no puede ser menor al tamaño de un átomo, pero ya se trabaja en otras opciones para cuando se llegue a ese punto.
Los actuales desarrollos de la computación cuántica y la inteligencia artificial serían imposibles sin este dispositivo ideado hace cien años. Pensemos en estos Atlas modernos en los que descansa toda la tecnología cuando usemos el teléfono celular, ya que, al ver un video, un meme, una foto o enviar un mensaje, ponemos a trabajar a miles de millones de transistores MOSFET.
