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18 diciembre 2017

Walter H. Brattain: autor material del primer transistor de la historia

Física | Historia | Innovación | Premio Nobel
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El tándem perfecto

En dos artículos previos, he descrito la biografía de dos de los inventores del transistor, Wiliam Shockley y John Bardeen, un invento que se cumplen 70 años en 2017. Walter Houser Brattain fue el tercer integrante del grupo de los Bell Telephone Laboratories que consiguió hacer realidad el primer transistor de la historia y si Shockley y Bardeen son poco conocidos, Brattain lo es aún menos. El equipo que formaron los tres científicos fue una conjunción casi perfecta de diversas capacidades, todas imprescindibles para el éxito de un proyecto de esta envergadura: el genio experimental de Brattain, el rigor teórico de Bardeen y la audacia visionaria de Shockley, el jefe del grupo.

Retrato de Walter Houser Brattain. Físico y premio Nobel estadounidense

Brattain nació en 1902 en Amoy (China), debido a que su padre era profesor de ciencias en dicha ciudad, aunque poco después, en 1903, la familia regresó a Estados Unidos. Inició sus estudios universitarios de física en 1920, en el Whitman College de Walla Walla (estado de Washington, EEUU). Después realizó su doctorado en la universidad de Minnesota. Tras finalizarlo, en 1928 dejó esta universidad e ingresó en el National Bureau of Standars (NBS). Poco después, en 1929 entró a trabajar en los Bell Telephone Laboratories, donde desarrolló casi toda su carrera profesional, primero en la ciudad de Nueva York y más tarde en Murray Hill, Nueva Jersey.

El nacimiento del transistor

En 1945 se unió al grupo liderado por William B. Shockley y tras casi dos años de trabajo infructuoso, cuyos detalles he recogido en los dos textos citados anteriormente,  el 16 de diciembre de 1947 lograron hacer funcionar un transistor por primera vez en la historia. Brattain era el científico experimental del equipo y su especialidad era las propiedades de las superficies de los semiconductores, aspecto en el que junto a Bardeen hizo aportaciones significativas, aunque fue Bardeen, quien dio con la clave de porqué los primeros transistores no funcionaban, al darse cuenta de que los electrones se quedaban bloqueados en la superficie del semiconductor que servía de soporte al dispositivo, impidiendo el funcionamiento del transistor en su conjunto.

Los progresos realizados por el equipo de trabajo de los Bell Labs quedaron recogidos en el cuaderno de laboratorio de Brattain, una verdadera joya, en el que anotó cuidadosamente los avances y los detalles esenciales del funcionamiento del transistor. La siguiente figura recoge dos páginas de dicho cuaderno, fechadas los días 19 y 24 de diciembre de 1947, en los momentos clave del éxito de la invención:

Anotaciones de Brattain en su cuaderno de laboratorio / Imagen: Transistorized

Brattain fue el que con su habilidad e imaginación, logró construir el primer transistor de puntas de contacto, que para que funcionara correctamente necesitaba disponer dos terminales, denominados emisor y colector, que debían estar muy próximos entre sí y en contacto con la superficie del semiconductor que hacía de soporte, denominado base, que era de germanio. Para fabricar ese dispositivo, Brattain pego una tira de papel de oro en la esquina de una cuña triangular de plástico, un material aislante. Con una cuchilla de afeitar, corto el oro justo en una de las esquinas del triángulo, consiguiendo que los extremos estuvieran separados tan solo por el ancho de un cabello humano (unas 50 µm). El triángulo con los hilos de oro adosados en sus lados se colocó entonces encima de una pieza de semiconductor de germanio, presionando el conjunto sobre su superficie por medio de un muelle. Este montaje funcionó como el primer amplificador construido con semiconductores de la historia. La figura muestra un esquema del dispositivo, auténticamente artesanal:

Izquierda: esquema del primer transistor de puntas de contacto. El emisor y el colector son los dos hilos de oro que están adosados a la cuña aislante triangular, el muelle que hay encima del triángulo presiona sobre el conjunto para hacer contacto en la superficie del germanio. Derecha: imagen del dispositivo real
Izquierda: esquema del primer transistor de puntas de contacto. El emisor y el colector son los dos hilos de oro que están adosados a la cuña aislante triangular, el muelle que hay encima del triángulo presiona sobre el conjunto para hacer contacto en la superficie del germanio. Derecha: imagen del dispositivo real/ Imagen: Autor/ “Computer History Museum”

Un éxito de equipo

A pesar de las limitaciones que presentaba el transistor ideado por Bardeen y Brattain, el primer transistor que se fabricó industrialmente por Bell Labs fue el transistor de puntas de contacto, en una variante diseñada en 1948 por otro científico de los Bell Labs, William G. Pfann (1917-1982), tal y como quedó recogido en la patente US 2577803 de 29 de diciembre de 1948, en la que se muestra una disposición de los integrantes del transistor muy similar a la que se observa en la figura anterior. El dispositivo fue utilizado en los sistemas telefónicos comercializados por los Bell Telephone durante aproximadamente una década.

Las aportaciones de Brattain a esta invención, de la que fue el artífice material, le valieron junto a Bardeen y Shockley el premio Nobel de física de 1956. Probablemente Brattain era el menos brillante de los tres galardonados del equipo de la Bell, cuestión que reconoció en su charla tras recibir el premio, al comienzo de la que se puede leer el siguiente párrafo:

“Primero, permítanme decir que, aunque me siento muy orgulloso de ser uno de los galardonados con el Premio Nobel de Física, no obstante soy consciente de que soy sólo un representante de muchos otros, sin cuyo trabajo y esfuerzo no estaría hoy aquí” .

 Walter H. Brattain, Nobel Lecture

Al contrario que Bardeen (que se fue a la Universidad de Illinois en 1951) y Shockley (que dejó los Bell Labs en 1955 para fundar su propia empresa), Brattain continuó trabajando en los Bell Labs hasta su jubilación formal, en 1967. Desde ese momento y hasta su retiro definitivo, regresó al Whitman College (lugar en el que había realizado sus estudios de física), donde trabajó como profesor adjunto entre 1972 y 1976, año en que se retiró definitivamente. Víctima de la enfermedad de Alzheimer, pasó los últimos cinco años de su vida en una residencia de ancianos en Seattle (estado de Washington, EEUU), donde murió el 13 de octubre de 1987.

Ignacio Mártil.

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

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