Los Hitos que Cambiaron la Electrónica
El transistor fue inventado en 1947 por John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain en los laboratorios de Bell Telephone, logro que les valió el Premio Nobel de Física en 1956. Este descubrimiento hizo posible la fabricación del primer circuito integrado por Jack Kilby en Texas Instruments en 1958, y posteriormente el primer microprocesador comercial, el Intel 4004, en 1971.
1947
Transistor
Inventado en "Bell" Telephone por Bardeen, Shockley y Brattain.
1958
Circuito Integrado
Primer CI fabricado por Jack Kilby en Texas Instruments.
1971
Microprocesador
Intel 4004, primer microprocesador comercial de la historia.
El Transistor
¿Qué es?
Dispositivo electrónico que conmuta entre aislante y conductor al aplicar un nivel de tensión en uno de sus terminales (puerta o gate).
Dos tipos básicos
- Transistor Bipolar (BJT): Ampliamente usado en electrónica analógica.
- Transistor de Efecto de Campo (FET/MOSFET/MOS): Empleado en electrónica digital e ICs.
Esquema básico de un transistor MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor): terminales Drain (drenador), Gate (puerta) y Source (fuente). Conduce entre drenador y fuente al aplicar tensión positiva en la puerta.
Semiconductores: El Silicio y el Dopado Tipo-N
Los transistores MOS se construyen de silicio, un material semiconductor. El silicio puro no conduce electricidad, ya que todos sus electrones de último nivel forman enlaces covalentes (no hay electrones libres).
Dopado Tipo-N
Al añadir impurezas de Arsénico (As, grupo V) al silicio, aparecen electrones que no forman enlaces y se mueven libremente. Estos dopantes se denominan tipo-n.
Semiconductores: Dopado Tipo-P
Dopado Tipo-P
Existen también los dopantes tipo-p, como el Boro (B, grupo III). Al tener un electrón menos en su último nivel, generan huecos (h+) en la red cristalina del silicio.
Estos huecos actúan como portadores de carga positiva y son fundamentales para la construcción de uniones P-N y transistores MOS.
Tipo-N
Dopado con As (grupo V). Electrones libres como portadores de carga.
Tipo-P
Dopado con B (grupo III). Huecos (h+) como portadores de carga.
La Unión P-N: El Diodo
La unión de un bloque de silicio tipo-n (dopado con As) y uno tipo-p forma un diodo. La región tipo-p se denomina ánodo y la tipo-n, cátodo. Su característica principal es que conducen la corriente en un solo sentido.
Polarización Directa
Ánodo (+) al terminal positivo: los huecos y electrones se mueven hacia la unión, permitiendo el flujo de corriente.
Polarización Inversa
Ánodo (−) al terminal negativo: los portadores se alejan de la unión, impidiendo el flujo de corriente.
El Condensador
¿Qué es un condensador?
Componente eléctrico capaz de almacenar energía mediante un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras separadas por un material aislante.
Al conectarlo a una fuente de tensión, los electrones se acumulan en una placa (carga negativa) y se retiran de la otra (carga positiva), generando un campo eléctrico entre ambas.
El condensador es un componente clave en la estructura del transistor MOS, donde la capa de óxido actúa como el aislante.
El Transistor MOS (Metal–Óxido–Semiconductor)
El transistor MOS es una unión P-N-P (o N-P-N) combinada con un condensador. Está formado por una puerta de polisilicio, una capa de óxido aislante y un substrato de silicio dopado. Dos regiones de dopado complementario se conectan a la fuente y al drenador.
Transistor nMOS
Substrato tipo-p. Al aplicar tensión (Vdd) en la puerta, los electrones se atraen hacia el borde del condensador, creando un canal tipo-n entre source y drain (conduce).
Transistor pMOS
Substrato tipo-n. Funciona de forma complementaria al nMOS.
CMOS: Tipos Complementarios (nMOS y pMOS)
Los transistores pMOS funcionan de forma complementaria a los nMOS. El pMOS conduce entre source y drain cuando no se aplica tensión en la puerta, y se abre al aplicarla.
nMOS
0V → ABIERTO
1V → CERRADO
1V → CERRADO
pMOS
0V → CERRADO
1V → ABIERTO
1V → ABIERTO
Compuerta Lógica Inversor CMOS
El inversor CMOS está formado por un transistor nMOS y otro pMOS. Su función es simple pero fundamental: invierte el valor de entrada en la salida. Si la entrada es 1, la salida es 0, y viceversa.
Cuando A=1: el pMOS se apaga y el nMOS conduce → salida a GND (0). Cuando A=0: el pMOS conduce y el nMOS se apaga → salida a VDD (1).
