(Este artículo forma parte del capítulo 3 de mi libro: «¿Qué hacen por nosotros los semiconductores? El petróleo del siglo XXI«)
El material que sostiene nuestra civilización
Vivimos rodeados de tecnología, pero rara vez pensamos en la materia prima que la hace posible. Teléfonos inteligentes, centros de datos, satélites, redes eléctricas, vehículos eléctricos, inteligencia artificial…Todo ese entramado que sostiene la sociedad digital descansa, de forma silenciosa pero absoluta, sobre un único elemento químico: el silicio.
Resulta paradójico, ya que estamos hablando del segundo elemento más abundante de la corteza terrestre, presente en forma de arena, rocas y minerales. Y, sin embargo, el silicio se ha convertido en un recurso estratégico de primer orden. El pasado año 2025, el mundo consumió alrededor de 10 millones de toneladas métricas de silicio elemental, frente a cientos de millones de toneladas de sílice para vidrio y construcción (alrededor de 430-450 millones de Tm), lo que explica por qué una fracción minúscula del silicio sostiene la electrónica, la energía solar y la economía digital global (https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2025/mcs2025-sand-industrial.pdf). La imagen es un resumen gráfico basado en la referencia señalada:
En lo relativo al silicio de la industria de los semiconductores, no cualquier arena sirve: la que hace posible la electrónica moderna procede de minas subterráneas, se purifica hasta niveles extraordinarios y se transforma en uno de los productos más sofisticados jamás fabricados por el ser humano: el chip.
La importancia económica y geopolítica del silicio es tal que, como ha señalado más de un analista, algunos países ya gastan más en importar semiconductores que en petróleo. No es una exageración: sin chips no hay industria, no hay defensa, no hay transición energética ni revolución digital. No hay, en definitiva, sociedad moderna.
Pero este dominio no surgió de la nada. El reinado del silicio es el resultado de más de un siglo de avances científicos, de fracasos tecnológicos, de guerras, de decisiones industriales y de una propiedad física clave que lo cambió todo. Antes del silicio hubo válvulas de vacío. Antes de los circuitos integrados hubo transistores rudimentarios. Y antes de la era de la información hubo una lucha constante contra el calor, el consumo energético y la falta de fiabilidad.
En este artículo recorreré esa historia: desde las primeras válvulas hasta los chips actuales; desde el germanio hasta el silicio; desde la radio hasta la Luna. Y, sobre todo, responderé a una pregunta fundamental: ¿por qué el silicio sigue reinando, y por qué nada indica que vaya a abdicar pronto?
Antes del silicio: las válvulas que encendieron la era electrónica
La electrónica no nació con los semiconductores, sino con el vacío. A comienzos del siglo XX, las válvulas de vacío —diodos, triodos, tetrodos y pentodos— permitieron por primera vez controlar y amplificar señales eléctricas. Aquello fue revolucionario: la radio, la telefonía y los primeros sistemas de comunicaciones a gran escala fueron posibles gracia a las válvulas de vacío.
El principio era ingenioso, pero imperfecto. Un filamento caliente emitía electrones, que eran controlados mediante rejillas metálicas. El problema era evidente: calor, consumo energético descomunal, tamaño, fragilidad y una fiabilidad limitada. Las válvulas eran bombillas sofisticadas y sufrían los mismos males.
Durante décadas se perfeccionaron, pero su destino estaba sellado. La llegada de los primeros ordenadores y radares dejó claro que aquel camino tenía un límite físico insalvable. El caso del primer ordenador electrónico, ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), fue paradigmático: toneladas de peso, consumo eléctrico extraordinario y fallos constantes. La electrónica necesitaba otra cosa. La imagen muestra una panorámica general de ENIAC (https://museo.inf.upv.es/eniac-2/).
La Segunda Guerra Mundial aceleró la búsqueda de alternativas. El radar de microondas, esencial para el conflicto, exigía dispositivos más rápidos, estables y eficientes. Fue entonces cuando la física del estado sólido dejó de ser una curiosidad académica para convertirse en una tecnología estratégica y cunado los semiconductores cobraron un protagonismo que, desde entonces, no ha hecho más que crecer (https://www.amazon.es/radar-historia-del-siglo-decisivas/dp/8419782025/)
El transistor: el comienzo del fin para las válvulas
En 1947 llegó el punto de inflexión. En los laboratorios Bell se creó el primer transistor funcional por John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley. Pequeño, sólido, sin filamentos incandescentes y con una eficiencia energética incomparable. Por primera vez, la amplificación eléctrica podía lograrse sin vacío ni calor. El dispositivo controlaba la corriente con eficacia y proporcionaba amplificación como las válvulas de vacío, pero no contenía ningún filamento caliente y consumía relativamente poca energía.
El primer transistor se fabricó con germanio, un material prometedor pero problemático. Su reducido gap de energía prohibida (0.67 eV) provocaba corrientes de fuga, ruido térmico y consumo constante incluso cuando el dispositivo no estaba conmutando. Funcionaba, sí, pero no era la solución definitiva. La imagen muestra el primer transistor de puntas de contacto de la historia. Realizado sobre una muestra de Ge suministrada por la Universidad de Purdue (https://www.computerhistory.org/revolution/digital-logic/12/273/1355)
El salto cualitativo llegó cuando el germanio fue sustituido por el silicio. Con un gap de energía prohibida mayor (1.12 eV), el silicio reducía drásticamente las fugas, mejoraba la estabilidad térmica y permitía un control mucho más preciso del comportamiento eléctrico. El transistor bipolar de silicio se convirtió rápidamente en el ladrillo básico de la electrónica moderna. Casi en paralelo, otro dispositivo estaba esperando su momento: el transistor de efecto campo. El MOSFET, basado en una interfaz extraordinariamente estable entre silicio y dióxido de silicio, acabaría siendo el auténtico motor de la electrónica digital.
Del transistor al circuito integrado: miniaturizar el mundo
La siguiente revolución fue aún más profunda: integrar todos los componentes de un circuito en un único bloque de semiconductor. A finales de los años cincuenta, el circuito integrado cambió para siempre la escala de la electrónica. En 1958 nació en circuito integrado de la mano de Jack Kilby en Texas Instruments y Robert Noyce en Fairchild Semiconductor, quien más tarde fundaría el gigante de la tecnología microelectrónica Intel Corporation junto con Gordon Moore.
La figura muestra las diferentes concepciones del circuito integrado de Jack Kilby (izquierda) y la propuesta de Robert Noyce (derecha). En realidad, el circuito de Noyce es la imagen del primer circuito integrado comercial de Fairchild, que materializaba la invención.
Kilby y Noyce, de manera independiente, desarrollaron métodos para fabricar e interconectar todos los elementos básicos de un circuito en una sola pieza de Si -en realidad, Kilby lo hizo sobre Ge-. El resultado son circuitos electrónicos individuales que pueden realizar funciones extraordinariamente complejas, en una forma infinitamente más compacta de la que podría obtenerse a partir de dispositivos discretos. Ya no se trataba solo de sustituir válvulas por transistores, sino de fabricar sistemas completos en una única oblea. El resultado fue una reducción radical del tamaño, del consumo y del coste, acompañada de un aumento espectacular de la fiabilidad.
La consecuencia fue inmediata: calculadoras de bolsillo, primeros microprocesadores, ordenadores personales. Y, en uno de los momentos más simbólicos de la historia tecnológica, la llegada del ser humano a la Luna. Sin circuitos integrados, el programa Apolo habría sido inviable. El silicio no solo hizo posible la era digital: también permitió salir del planeta.
Las razones de un dominio absoluto: 60 años de crecimiento exponencial.
Desde la década de 1960, la electrónica basada en silicio ha experimentado una evolución sin precedentes. Más transistores, más potencia de cálculo, más almacenamiento, más conectividad; todo en menos espacio y con menor consumo energético. Este crecimiento no ha sido casual. Se ha apoyado en tres pilares fundamentales:
– La extraordinaria abundancia del silicio
– La madurez de su tecnología de fabricación
– Y una propiedad casi milagrosa: la intercara Si/SiO₂.
Gracias a esa intercara verdaderamente “milagrosa”, los MOSFET, FinFET y GAAFET han podido escalar durante décadas, empujando los límites físicos hasta regiones que hace medio siglo parecían inalcanzables.
El silicio domina porque es abundante, barato y tecnológicamente perfecto para la microelectrónica. La imagen muestra la distribución de un millón de átomos, en las mismas proporciones que se encuentran en la corteza terrestre.
Pero también porque ha sabido reinventarse: desde chips lógicos hasta memorias, desde sensores hasta la energía solar fotovoltaica. En energía solar, las eficiencias comerciales ya superan el 22–24%, rozando los límites teóricos. En computación, sostiene centros de datos, inteligencia artificial y supercomputación.
Más allá del silicio, pero no sin él
Sin embargo, el silicio no es un material perfecto. Su gap indirecto limita la emisión de luz. Su movilidad electrónica es modesta frente a otros semiconductores. Y eso abre la puerta a materiales alternativos.
El futuro no será exclusivamente de silicio, pero tampoco será sin silicio. Los semiconductores compuestos complementan allí donde el silicio no llega: comunicaciones ópticas, alta frecuencia, potencia elevada. Aun así, el trono sigue ocupado. Y todo indica que lo seguirá estando durante mucho tiempo.
Un poco de ciencia, por favor 