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Circuitos de teléfonos móviles más rápidos
Los investigadores de IBM han creado los circuitos integrados más rápidos hasta ahora a partir del grafeno, un material que promete componentes mucho más rápidos de lo que permite el silicio pero con el que ha resultado difícil trabajar.
Circuito de grafeno: Esto integra un transistor de grafeno (dentro de la caja roja) con otros dos elementos, llamados inductores, en un solo chip. Los dispositivos negros a los lados y en la parte superior de la imagen son sondas eléctricas.
El equipo demostró que el grafeno podría usarse para hacer versiones más rápidas y energéticamente eficientes de circuitos que procesan y generan señales de radio en teléfonos celulares y otros dispositivos inalámbricos. Lo hicieron utilizando técnicas de fabricación existentes, lo que sugiere que sus diseños podrían ser lo suficientemente asequibles para comercializarlos.
Este es un trabajo realmente emocionante y apunta al futuro que se acerca rápidamente de la electrónica de grafeno, dice Gira de James , profesor de química e informática en Rice University en Houston, Texas, que no participó en el trabajo.
El grafeno, una malla de átomos de carbono de un solo átomo de espesor, conduce electrones mucho más rápido que el silicio. Sus propiedades electrónicas son tales que su mayor promesa no es para los circuitos lógicos digitales que se encuentran en los microprocesadores, sino para la electrónica analógica veloz, como las fabricadas por el equipo de IBM.
Los investigadores demostraron por primera vez la promesa eléctrica del grafeno en 2004, pero desde entonces los ingenieros han luchado para construir circuitos de grafeno utilizando la tecnología de fabricación existente. Hasta ahora, los investigadores han fabricado transistores de grafeno que pueden funcionar a velocidades de 300 gigahercios, lo que significa que se encienden y apagan 300 mil millones de veces por segundo, treinta veces más rápido que los mejores transistores de silicio.
Para hacer sus circuitos integrados, los investigadores de IBM tuvieron que combinar sus transistores de grafeno con otros materiales, un desafío por dos razones. Primero, cuando los transistores de grafeno se colocan demasiado cerca de ciertos metales, el rendimiento del transistor se degenera. En segundo lugar, colocar transistores de grafeno y otros elementos en un solo microchip es complicado. Hoy, en la revista Ciencias , los investigadores de IBM informan métodos para hacer circuitos integrados de grafeno en chips individuales utilizando métodos existentes.
El grupo de IBM hizo un tipo de circuito llamado mezclador de frecuencia, combinando un transistor de grafeno y dos dispositivos metálicos llamados inductores. El mezclador de frecuencia es uno de los componentes básicos de la electrónica analógica y las comunicaciones inalámbricas en particular, dice el investigador de IBM Yu-Ming Lin. Estos dispositivos se utilizan en teléfonos móviles para convertir la señal de radio utilizada para transmitir información en otra señal en un rango de frecuencia que el oído humano puede escuchar. Eso se logra mezclando la señal de radio con una señal de referencia.
Anteriormente, la combinación de grafeno con otros materiales ha degradado la velocidad de la electrónica resultante. El grupo de IBM evitó esto asegurándose de que otros materiales no entraran en contacto con el grafeno de forma dañina. Hicieron matrices de transistores de grafeno en la superficie de obleas de carburo de silicio recubiertas con grafeno. Luego eliminaron el grafeno adicional que rodeaba los transistores, dejando una superficie clara a la que era más fácil adherirse a los inductores de metal. Asegurar la separación entre los transistores de grafeno y los inductores metálicos también evitó la degradación de las propiedades eléctricas del transistor.
Los circuitos resultantes operan a 10 gigahercios, mucho más rápido que los circuitos de grafeno anteriores. Lin admite que son menos confiables que los mezcladores de frecuencia de silicio de última generación, pero dice que esperan cerrar esa brecha pronto.
Los investigadores de IBM planean hacerlos en la escala de decenas en lugar de cientos de nanómetros. Pueden ser fácilmente diez veces más pequeños, lo que nos ayudaría a superar el récord, dice Lin. No hemos visto los límites de los dispositivos de grafeno en términos de velocidad; creemos que pueden entrar en el rango de los terahercios.
El siguiente paso es mejorar la confiabilidad de los circuitos, dice Xiangfeng Duan , profesor de química en la Universidad de California, Los Ángeles. La señal sale más débil en el otro extremo, observa. Mejorar los transistores ayudará a obtener un mejor rendimiento del circuito.
El grupo de IBM está trabajando en este problema y está desarrollando circuitos integrados de grafeno más complejos. Lin dice que el método utilizado para los circuitos mezcladores de frecuencia funcionará para otros tipos de circuitos. Este es el primer paso hacia un nuevo nivel de potencial, dice. Quizás no veremos el impacto real del grafeno hasta dentro de cinco a diez años.