Un poco de historia

Fue en 1948 cuando William Shockley, John Bardeen y Walter Brattain en los laboratorios Bell en Nueva Jersey, inventaron el transistor. A diferencia de los tubos de vacío que eran caros y costosos, los transistores resultaron fáciles de hacer, pequeños, robustos y sobre todo, baratos. En pocos años, con ellos se revolucionó la forma de construir equipos electrónicos que cambiaron nuestras vidas. Tal fue su importancia, que en el año 1956 sus descubridores recibieron el premio Nobel de física.

Al principio los transistores se construían de a uno a la vez, lo que era un problema porque los delgados cables que los conectaban a la tarjeta del circuito eran frágiles y propensos a dañarse. En 1950 se diseñó el primer circuito en el cual todos los componentes fueron integrados en diferentes capas en un trozo de silicio (circuitos integrados). La idea clave dentro de los circuitos integrados fue que los componentes electrónicos, tales como los transistores y condensadores, se pudieran fabricar ya conectando capas de materiales con diferentes propiedades electrónicas. Es decir, en lugar de fabricarlos individualmente y unirlos para construir un circuito, el circuito entero podía estar en un conjunto de capas colocadas una encima de otra. Fue así como se logró que fueran mucho más baratos, fáciles de construir y muy seguros.

En 1971, la empresa Intel dio otro gran paso, al lograr que todos los componentes de un computador (la unidad central de procesos, la memoria, los registros de almacenamiento de datos, y las unidades de control de entrada y salida) fueran incorporados en un minúsculo chip, para crear el primer computador en un chip o microprocesador. Este dispositivo fue 30 mil veces más barato, consumía una milésima de potencia y por su tamaño, podía sostenerse en la punta de un dedo (figura 1).

Desde entonces el progreso tecnológico fue permitiendo incrementar el número de transistores que se incorporaban en un chip, de modo que éste se ha estado duplicando cada 18 meses. Este incremento continuo es lo que se conoce como la ley de Moore, llamada así por Gordon Moore, uno de los fundadores de la empresa Intel, que ha estado liderando el proceso. En la actualidad, un chip puede llegar a almacenar 30 millones o más de transistores, una increíble cantidad que ya parece difícil continuar superando con las tecnologías actualmente disponibles (Circuitos integrados). Pero ahora la electrónica ha dado otro paso fundamental. Se trata de la "nanotecnología", que puede permitir la fabricación de micro transistores, que es el corazón del micro chip, a un tamaño molecular.


La importancia de la miniaturización

Mientras más pequeños son los componentes de un chip, más juntos pueden empaquetarse y más rápido se pueden comunicar, esto significa fabricar chips con una mayor densidad de memoria y mayor velocidad de procesamiento. Los transistores que se usan hoy, en transistores de silicon, miden alrededor de 100 nanómetros de ancho. Se pueden aún fabricar más chicos, pero inevitablemente se va a llegar a un límite de esta miniaturización. Es por eso que los investigadores tratan de buscar nuevas técnicas, que permitirían construir transistores aún más pequeños, del tamaño de una molécula, es decir, de unos pocos nanómetros.

Los transistores actúan como interruptores, que interrumpen y dejan pasar la corriente, representando las alternativas digitales de 1s y 0s. El tipo más común consiste en un canal por el que fluye la corriente entre dos contactos, llamados la "fuente" y el "drenaje". Un tercer contacto, conocido como "puerta", controla el flujo abriendo y cerrando el paso de la corriente que fluye de "fuente a drenaje", dependiendo del voltaje aplicado. Es como apretar una manguera en la mitad para interrumpir el flujo de agua.


Los transistores moleculares

Casi simultáneamente, tres equipos de investigadores independientes han logrado fabricar transistores de tamaño molecular. Cada uno de ellos, lo ha conseguido usando aproximaciones muy diferentes. El proceso más simple fue desarrollado por Jan Hendrich Schon y un equipo de Lucent Technologie en Nueva Jersey. Para ello, usaron como canal de corriente, una simple molécula orgánica, llamada 4,4-binelditiol. En cada extremo de ella, conectaron electrones de oro que sirven como fuente y drenaje respectivamente. Un block de silicon, cubierto con una fina capa aislante de dióxido de silicon, sirve como puerta. Uniendo estos transistores, Schon y su grupo lograron un circuito que cambia a 1 o 0, y viceversa.

Otras alternativas habían estado desarrollando Cees Decker y sus colaboradores de Felft University of Technologie, en Holanda, utilizando los nanotubos de carbón. En el año 1998 Cees Decker había demostrado que un simple nanotubo podía actuar como un transistor. Observó que la corriente que fluye a través de un nanotubo semiconductor, puede cambiar por órdenes de magnitud de cinco veces, por lo que reunía las condiciones para ser un buen interruptor (Los maravillosos nanotubos de carbón). Después de trabajar durante dos años, ahora publican en la revista Science sus resultados finales (Science, Noviembre 17, 2001, pág. 1317). El nanotubo de carbón, como una sábana, cubre un tubo de 1 nanómetro de ancho (figura 2 y 3). Mediante conexiones de oro en sus extremos, se conecta con su fuente y drenaje. Un alambre de aluminio, cubierto con una capa de óxido de aluminio, sirve como puerta. Conectando unos pocos de estos transistores, Decker consigue diferentes tipos de circuitos lógicos (fig. 3).

Un tercer grupo de investigadores, publica en la misma revista Science (Noviembre 9 del 2001, pag.1313), otro tipo de transistor en que usa nanoalambres semiconductores, de un rango entre 2 y 20 nanómetros. Charles Lieber y sus colaboradores de la Universidad de Harvard, logran formar una red de nanoalambres en forma tal que actúan como canales de corriente, mientras que un nanoalambre que lo bisecta, pasa a ser el electrodo puerta controlador. Diseñando un arreglo más complejo de alambres, Lieber logra crear un número de circuitos, incluyendo una puerta AND, con lo que crea un circuito lógico que se puede usar para entregar dos números binarios.

Lieber asegura que su diseño permite crear circuitos más baratos, sin la costosa técnica litográfica que se usa hoy día para los chips de silicon, y que también se necesitan, tanto para los modelos diseñados por Schon, como los diseñados por Decker con nanotubos.

Sin embargo, no todos los expertos creen que estos nuevos transistores puedan reemplazar el silicon que se usa actualmente. Piensan más bien que la nueva electrónica molecular podría ser más apropiada para las aplicaciones en nichos, como sensores y electrónicos sensibles, más que reemplazar el amplio uso de los microchips actuales en todos los equipos electrónicos que usamos.