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IBM informa avances en transistores de nanotubos de carbono
Durante décadas, la industria de los semiconductores ha incluido más y más transistores de silicio en cada chip de computadora para seguir mejorando el rendimiento, pero ese proceso pronto alcanzará sus límites físicos. Ahora, los investigadores de IBM dicen que un gran avance en ingeniería da motivos para ser optimistas de que una alternativa prometedora a los transistores de silicio, los transistores de nanotubos de carbono, estará lista a tiempo para ocupar el lugar del silicio.
Esta micrografía en color muestra varios transistores hechos de un solo nanotubo de carbono. Las barras amarillas son electrodos de metal de diferentes dimensiones, y la tenue línea vertical aproximadamente a un tercio del camino desde el lado derecho de la imagen es el nanotubo.
Los nanotubos de carbono, diminutos cilindros hechos de láminas de carbono enrolladas del grosor de un átomo, tienen propiedades eléctricas y térmicas muy atractivas y, en teoría, podrían formar la base de circuitos que son mucho más rápidos y más eficientes energéticamente que los de silicio actuales. Pero varios desafíos importantes de fabricación se interponen en el camino de los dispositivos comerciales basados en transistores de nanotubos. Los investigadores de IBM dicen que han descubierto cómo superar uno de ellos: cómo combinar nanotubos con los contactos metálicos que entregan corriente eléctrica.
Los transistores de nanotubos son una alternativa prometedora porque en tamaños muy pequeños son más eficientes que los de silicio. Pero los primeros dispositivos de demostración basados en nanotubos (ver La primera computadora de nanotubos) tenían muchos menos transistores de los necesarios para un dispositivo comercial, y usaban contactos metálicos relativamente grandes. Un chip comercialmente viable para una computadora de alto rendimiento necesitaría miles de millones de transistores y los contactos tendrían que ser mucho más pequeños. Ese es un dilema, porque a esta escala las propiedades eléctricas del metal cambian, y es más difícil pasar corriente a los transistores para cambiarlos. Cuanto más pequeños se vuelven los contactos, peor se vuelve este problema.
Los investigadores abordaron el problema cambiando la interfaz entre un nanotubo y los dos contactos metálicos. En lugar de depositarlos encima del tubo, como en el esquema convencional para construir transistores de nanotubos, los colocaron en los extremos del tubo y los hicieron reaccionar con el carbono para formar un compuesto químico diferente. Usando esta técnica, el grupo demostró que los contactos de menos de 10 nanómetros de largo no comprometían el rendimiento. (Los chips de silicio de primera línea de hoy en día tienen características de 14 nanómetros).
El éxito del nuevo método significa que la capacidad de entregar corriente a los transistores de nanotubos de carbono ahora es independiente de la longitud de los contactos metálicos, dice Wilfried Haensch, quien dirige el proyecto de nanotubos de IBM Research. Ahora está claro que pueden hacer los transistores tan pequeños como sea necesario, dice, y este es un gran paso hacia el objetivo de la compañía de tener la tecnología de nanotubos de carbono lista para 2020 (ver IBM: Los transistores comerciales de nanotubos están disponibles pronto).
Quedan desafíos considerables, reconoce Haensch. Él dice que el trabajo reciente supera solo uno de los tres obstáculos principales que se interponen en el camino de los transistores de nanotubos de carbono comercialmente viables. Otra es que los nanotubos existen en dos formas, metálicos y semiconductores, pero solo los semiconductores son útiles para los transistores. Los ingenieros deben mejorar significativamente en la separación de los tubos metálicos de los tubos semiconductores. El segundo desafío pendiente es desarrollar una forma confiable y no litográfica de colocar miles de millones de nanotubos exactamente donde se necesitan en un chip.
Ha habido mucho progreso en el problema de la separación, dice miguel arnold , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Wisconsin, que no participó en la investigación. El nuevo resultado de IBM representa una estrategia fantástica para abordar el problema del contacto, dice, aunque señala que los investigadores hasta ahora solo han demostrado que funciona para uno de los dos tipos de transistores necesarios para realizar funciones lógicas complementarias. Sin embargo, cuando se trata de alinear los nanotubos en el chip, queda mucho trabajo por hacer si la tecnología realmente desplaza al silicio, dice Arnold.