¿Silicon Valley? Mejor Germanion Valley

A veces, los descubrimientos empiezan con un prototipo, una versión inicial de la idea que no tiene nada que ver con el resultado final. Estos prototipos acaban en el olvido, y cuando vemos el producto final damos por supuesto que siempre ha sido así. Es lo que pasa con el silicio, el elemento químico que compone los chips electrónicos y al que le debemos tanto que su nombre fue usado por Silicon Valley, la sede de todas las empresas de tecnología moderna.

Pero lo cierto es que el silicio no marcó el comienzo de la revolución electrónica. El auténtico elemento químico al que le debemos todo esto es su vecino en la tabla periódica: el ignorado germanio. Los primeros chips electrónicos estaban hechos de este material, y el motivo es sencillo: funcionaban mucho mejor que el silicio. Entonces, ¿por qué no ha existido un “Germanion Valley”?

Cuestión de transistores

La electrónica moderna sería imposible de no ser por los transistores, dispositivos con la capacidad para conducir la electricidad en un sentido único y amplificar la corriente. Su uso permitía que los circuitos pudieran ser más complejos, e incluir cierta lógica en su funcionamiento necesaria para la informática actual. Además, también evitaba que aparecieran cortocircuitos fácilmente.

Hasta 1945, en vez de transistores se usaban válvulas termoiónicas, una especie de bombillas de cristal con gases en su interior capaces de amplificar la señal eléctrica y controlar su dirección. En todas las grandes computadoras anteriores a la segunda guerra mundial era posible verlas, y son una seña de identidad en sí mismas, con sus chisporroteos al encenderse.

A pesar de su utilidad, todos los ingenieros odiaban estas válvulas. Al ser de cristal eran bastante frágiles, y al recalentarse con la electricidad tendían a explotar con relativa frecuencia, por lo que debían ser sometidas a constantes revisiones y siempre era necesario un repuesto si había un accidente o la maquina se encendía demasiado tiempo.

Por este motivo, muchos buscaban un sustituto. Era el objetivo de William Shockley, un físico e ingeniero eléctrico que se había recluido en su laboratorio para hacer pruebas con semiconductores. Este tipo de compuestos químicos tienen propiedades eléctricas especiales al calentarse, y Shockley creía que entre estos materiales habría alguno que pudiera imitar a las válvulas a la hora de conducir y amplificar la corriente eléctrica.

Empezó a probar con el silicio, ya que a nivel teórico tenía unas propiedades eléctricas ideales para su objetivo. Fue el mayor error de Shockley. El silicio puede funcionar pero para ello hay que purificarlo casi en su totalidad, y cuando se hace forma un metal muy frágil y difícil de manipular. Probó a aumentar su dureza creando aleaciones con otros metales, pero al hacerlo las propiedades eléctricas cambiaban y ya no valía.

Después de un par de años de intentos, Shockley contrató a dos ayudantes para probar más combinaciones: John Bardeen y Walter Brattain. Tras probar un par de aleaciones y ver que no servía de mucho, decidieron aprovechar que su jefe estaba de vacaciones navideñas en Paris y probaron a usar otro elemento químico, el germanio.

No era una elección aleatoria. Este elemento químico esta debajo en la tabla periódica respecto al silicio, por lo que tenía propiedades químicas similares. Además, sus átomos son más grandes y sus electrones libres están un poco más lejos del núcleo, por lo que conduce la electricidad mejor que el silicio.

El experimento funcionó a la primera, y bautizaron al dispositivo como transistor. La celebración por el descubrimiento empezaba a propagarse, y Shockley volvió corriendo de Paris para sacarse todas las fotos posibles con sus ayudantes y llevarse todo el reconocimiento posible. En los periódicos de 1947 se pueden ver las fotos en las que casualmente a Shockley cogiendo el transistor y obligando a Bardeen y Brattain a asomarse por encima de su hombro, dejando claras sus intenciones.

Esto acabó provocando que los ayudantes se enemistaran con Shockley, lo que separó al equipo, tomando rumbos diferentes. Brattain se quedó con Shockley viviendo en su sombra en los siguientes descubrimientos, y Bardeen fue enviado a otro laboratorio y acabó dejando la investigación sobre el tema.

Mientras, el transistor de germanio rápidamente desbancó a las válvulas termoiónicas y se empezaron a implementar en las computadoras de la época. Pero a pesar de ello, la principal pregunta que le hacían a Shockley sobre ellos era siempre la misma: ¿y no puede ser silicio?

Si no puedes hacerlo, imprímelo

El germanio se purifica a partir del mineral germanita, que se puede encontrar en yacimientos de plata, zinc y cobre. Es relativamente frecuente, pero no puede competir con el silicio. Este elemento se encuentra en la arena, y no se necesita ningún yacimiento, sino que con una pala en cualquier playa o desierto podemos obtener grandes cantidades de silicio. Es mucho más fácil de conseguir y por lo tanto es mucho más barato.

Pero cada vez que preguntaban a Shockley sobre el tema, la respuesta siempre era un rotundo no. Ya había estado investigando demasiado tiempo con el silicio como para saber lo difícil de manipular que era, y el germanio era un camino mucho más fácil y con un resultado eléctrico mejor, con el inconveniente del coste.

Hasta 1958, las computadoras usaban el germanio para sus transistores, pero seguían siendo maquinas enormes, corrales de dinosaurios capaces de ocupar habitaciones enteras. Esto cambiaria con la llegada de Jack Kilby, con otro descubrimiento marcado por el germanio.

Kilby era un ingeniero contratado por la empresa tecnológica Texas Instruments, dedicada a la construcción y mantenimiento de estas enormes computadoras. En la empresa existía una política de tiempo libre que permitía a los empleados dedicar una parte de la jornada laboral en la creación de proyectos personales que luego pudieran ser usados por la compañía. Kilby aprovechó esta oportunidad para buscar una manera de hacer su trabajo de montaje de computadoras más agradable.

Hasta esa década hacer un circuito eléctrico era actividad delicada y muy compleja. Los circuitos y componentes electrónicos debían ser distribuidos y soldados uno a uno a la placa, hasta llegar a cientos de conexiones individuales. Y si una sola soldadura estaba mal hecha, era necesario repetir la placa desde el principio en caso de no saber dónde estaba el fallo.

Para evitar estos problemas e ir más rápido. Kilby diseñó un circuito ya montado, que podía imprimirse o pintarse directamente sobre la placa sin necesitar soldar pieza a pieza. Al invento lo llamó circuito integrado, y la industria aprovechó la idea para hacer placas cada vez más pequeñas, llegando a crear los primeros microchips de la historia.

Para la fabricación, el propio Kilby pensó en usar silicio para los circuitos por el precio, pero acabó haciendo su circuito integrado en germanio por las mismas razones que Shockley. Puede que el silicio fuera más barato, pero el germanio era más fácil de utilizar y los transistores del momento ya eran de ese material, por lo que podía usarlos en el circuito más fácilmente.

En resumen, los primeros circuitos y transistores informáticos de la historia estaban hechos con germanio. Con el paso de los años, se lograron crear aleaciones con silicio que lograran sustituir al germanio y poder hacer dispositivos más baratos. Supuso la desaparición casi total del germanio en la electrónica, pero también significó una bajada en los precios de los componentes informáticos, permitiendo que avanzaran hasta la actualidad.

Hoy en día, el silicio sigue formando parte de nuestros chips, combinados con tierras raras como el niobio o el tántalo que tantos problemas están dando en África. Del germanio ya no queda nada, completamente desterrado al olvido. Lo que si permanece son los circuitos de Kilby, cuyos patrones siguen siendo los mismos aunque ahora estén a una escala microscópica. Es una pequeña huella del mundo antes dominado por el germanio.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Todos los descubridores que hemos mencionado han ganado un premio Nobel de Física por sus descubrimientos, pero en diferentes momentos. Bardeen, Brattain y Shockley obtuvieron el Nobel de Física en 1956, nueve años después. En cambio, Kilby no recibió el Nobel hasta 2000, cuarenta y dos años después de crear los primeros chips, por eso siempre se le considera un gran olvidado en la ingeniería (como el propio germanio).
• Kilby hizo otros inventos en su tiempo libre que han sido muy populares y utilizados. Por ejemplo, la calculadora de bolsillo y la impresión térmica, que es la que realizan las cajas registradoras para imprimir el comprobante.
• A pesar de ser sustituido en su mayoría por aleaciones de silicio, sigue quedando tecnología que depende en parte del germanio, como la fibra óptica. De hecho, algunos amplificadores de música para guitarra eléctrica incluyen germanio para generar efectos de sonido similares a los de la antigua época del rock, imposibles de lograr en los amplificadores de silicio modernos.

REFERENCIAS:

• Ross, Ian M. “The Invention of the Transistor.” Proceedings of the IEEE, vol. 86, no. 1, Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 1998
• Kean, Sam. La Cuchara Menguante : Y Otros Relatos Veraces de Locura, Amor y La Historia Del Mundo a Partir de La Tabla Periódica de Los Elementos. Ariel, 2011