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15 septiembre 2017

William Shockley y la invención del transistor

Historia | Informática | Investigación | Premio Nobel
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Wiliam Bradford Shockley (1910-1989) -junto con John Bardeen (1908-1991) y Walter Brattain (1902-1987)- fue el padre del transistor, la invención que constituye, probablemente, la mayor revolución silenciosa del siglo XX, de la que se cumplen 70 años en 2017.  El funcionamiento de la gran mayoría de los equipos que utilizamos a diario (televisores, teléfonos móviles, ordenadores…) está basado en las propiedades de los transistores con los que están construidos. Con frecuencia se dice que el transistor representa para el siglo XX lo que la máquina de vapor significó para el XIX.

Shockley nació en 1910 en Londres  y era de padres originarios de los EEUU. Tuvo una infancia no demasiado feliz, en buena medida motivada por la mala relación existente entre sus progenitores, personas inestables e incapaces de relacionarse socialmente con su entorno, aspecto que transmitieron a su hijo, lo que conformó en este un temperamento malhumorado y poco sociable. Tras regresar sus padres a los Estados Unidos, ingresó en 1928 en el California Institute of Technology (Caltech), donde cursó estudios de física, graduándose en 1932. Posteriormente, realizó estudios de doctorado en el Massachusetts Institute of Technology (MIT) y en 1936 obtuvo el título de doctor. Ese mismo año comenzó a trabajar en los Bell Telephone Laboratories de Nueva York, pertenecientes a la compañía A. T. & T., el gigante de las telecomunicaciones de los Estados Unidos.

En 1945, el director del laboratorio, Mervin J. Kelly, puso a Shockley al cargo de un grupo de investigación para el estudio de los semiconductores, con la idea de desarrollar un dispositivo amplificador basado en esos materiales. A. T. & T estaba muy interesada en fabricar un amplificador con semiconductores, ya que tenían un grave problema con las comunicaciones a larga distancia: en una conversación telefónica, la voz se convierte en una señal eléctrica, señal que posteriormente viaja por hilos conductores de cobre. Si la distancia que recorre la señal es de pocos kilómetros, ésta llega al aparato receptor de forma nítida; pero en las comunicaciones de costa a costa de los Estados Unidos, la conversación debe viajar entre 6.000 y 8.000 km; en este caso, la señal eléctrica pierde intensidad y cada cierta distancia hay que volver a aumentarla, operación que se denomina amplificación y el dispositivo que lo hace, amplificador. Basta con tener un número suficiente de amplificadores a lo largo de toda la línea para hacer ésta tan larga como se desee. En aquellos años, la amplificación se realizaba mediante válvulas de vacío, dispositivos frágiles, que consumen mucha potencia y desprenden mucho calor. Kelly llegó a la conclusión de que necesitaban disponer de un dispositivo amplificador más fiable para realizar eficientemente las comunicaciones a tan gran distancia y supuso que la respuesta debía buscarse en los semiconductores, de los que por aquellos tiempos empezaban a conocerse sus propiedades.

La carrera por el transistor

Durante 1946 y los comienzos de 1947, los resultados obtenidos por el equipo dirigido por Shockley no fueron nada esperanzadores, pero desde la primavera de 1947, dos de los miembros más brillantes del grupo, John Bardeen y Walter Brattain, trabajaron en la búsqueda de soluciones al problema sin contar con Shockley, ya que aunque éste era el líder del grupo, pasaba la mayor parte del tiempo en su casa desarrollando sus propias ideas. Bardeen y Brattain desarrollaron una actividad febril durante el verano y el otoño de ese año, sin el concurso de Shockley. El 16 de diciembre de 1947 lograron por fin hacer funcionar un amplificador empleando un transistor fabricado con germanio y el día 23, la víspera de Nochebuena, mostraron sus resultados a los directivos del laboratorio. En los primeros días de enero de 1948, presentaron una patente (US 2,524,035) para la fabricación del primer transistor de puntas de contacto de la historia, en la que no figuraba Shockley como autor.

Al enterarse Shockley del éxito logrado por Bardeen y Brattain en su ausencia, se puso furioso, ya que le molestaba no haber estado involucrado en el descubrimiento. Al analizar el dispositivo ideado por estos, Shockley intuyó que sería difícil de fabricar en grandes cantidades con suficiente fiabilidad, dado que era físicamente endeble. Shockley se encerró nuevamente en su casa, concibió un transistor diferente al de puntas de contacto, denominado transistor de unión y presentó otra patente (US 2,569,347) el 23 de enero del año siguiente 1948, nueve días más tarde de la fecha en la que Bardeen y Brattain presentaron la suya.

Una de las fotografías oficiales con las que los Laboratorios Bell anunciaron la invención del transistor: Bardeen (izquierda), Shockley (centro) y Brattain (derecha). Aunque parece que reina la armonía entre los tres, nada más lejos de la realidad / MLA style: “William B. Shockley – Photo Gallery”. Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014.

Esta situación tan embarazosa puso a los directores de los Bell Labs ante un dilema. Por una parte, Bardeen y Brattain habían fabricado el primer transistor por su cuenta, sin la contribución de Shockley. Por otra, Shockley era el jefe de su equipo y parecía poco adecuado silenciar su nombre, sobre todo porque pocos días después había sido capaz de imaginar un dispositivo aún mejor que el original. Por lo tanto, los responsables del laboratorio decidieron que cualquier fotografía tomada de los inventores del transistor debería incluir a Shockley, que además actuaría de portavoz oficial; Bardeen y Brattain, que ya habían desarrollado una fuerte aversión hacia Shockley, aceptaron a regañadientes la imposición, mientras que Shockley se mostró conforme con la decisión. La pugna científica y sobre todo personal entre Shockley por un lado y Bardeen y Brattain por otro, motivó a la postre la disolución del grupo.

En 1955  Shockley abandonó los Bell Labs y fundó Shockley Semiconductors, la primera fábrica de semiconductores del Silicon Valley, pero fue un fracaso debido a lo imposible que resultaba para sus empleados relacionarse con él. En 1956, recibió la noticia de la concesión del Premio Nobel de física, junto a sus antiguos subordinados en los Bell Labs, Bardeen y Brattain.

Shockley (primero por la derecha, sentado) celebrando la concesión del premio Nobel junto con algunos empleados de su empresa/ Imagen: Nick Wright

Tras el fracaso de su empresa, Shockley se dedicó al mundo académico y en 1963 la Universidad de Stanford le contrató como profesor de ingeniería, permaneciendo en dicha institución hasta su jubilación en 1975. Murió en 1989 a la edad de 79 años; sus hijos y sus escasos amigos se enteraron de la noticia por la prensa.

Ignacio Mártil.

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

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