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Intel mira más allá del silicio
Intel ha desarrollado un nuevo tipo de transistor, hecho de un material diferente al silicio, que tiene el potencial de ser más rápido y usar menos electricidad que los chips actuales. Y, lo que es más importante, los nuevos transistores son económicos y podrían fabricarse utilizando las instalaciones de fabricación existentes porque pueden construirse directamente sobre obleas de silicio estándar. Los chips fabricados con estos componentes que no son de silicona aún están al menos en una década, pero los expertos de la industria creen que son una de las opciones más prometedoras para reemplazar el silicio en los próximos años.
Un mejor amortiguador: Intel ha demostrado que los transistores que no son de silicona se pueden fabricar en una oblea de silicio haciéndolos crecer sobre una fina capa de amortiguación. Las capas de búfer anteriores eran relativamente gruesas y, por lo tanto, se agrietaban y dañaban los transistores.
A medida que los transistores se vuelven cada vez más pequeños, el silicio que los compone no funciona tan bien: la electricidad se filtra a través de las capas, lo que provoca un exceso de calor y una lógica defectuosa. Los investigadores de Intel y otras empresas de fabricación de chips como AMD e IBM, así como en universidades de todo el mundo, están luchando por encontrar un reemplazo para el silicio. Algunos sospechan que los nanotubos de carbono u otro material de carbono llamado grafeno podrían ser la respuesta. (Ver Las computadoras con nanotubos de carbono y los nuevos transistores de grafeno muestran promesas). Pero otros están invirtiendo dinero e investigación en semiconductores compuestos, una clase de semiconductores que se fabrica a partir de una combinación de elementos de la tercera y quinta columnas de la tabla periódica. (Consulte Más allá del silicio y Mantenimiento de la ley de Moore sin silicio).
Los semiconductores compuestos son atractivos para los ingenieros porque los electrones se mueven a través de ellos más fácilmente que a través del silicio. Esto significa que los semiconductores compuestos pueden funcionar tan rápido o más rápido que un transistor basado en silicio, pero sin necesidad de un voltaje tan grande. Y a medida que los dispositivos se encogen, es crucial que requieran bajos voltajes; de lo contrario, se sobrecalientan y pierden electricidad, problemas que están comenzando a afectar al silicio. Sin embargo, los semiconductores compuestos no son fáciles de cultivar directamente sobre silicio. Los materiales son a menudo incompatibles con el silicio: los átomos están espaciados de modo que no forman una buena capa. Cuando se colocan directamente uno encima del otro, el resultado es un cristal roto y transistores defectuosos.
Intel ha propuesto una solución al problema de desajuste atómico en un documento presentado hoy en la Reunión internacional de dispositivos electrónicos , en Washington, DC. Para construir sus nuevos transistores, los investigadores colocaron en capas los semiconductores compuestos, llamados arseniuro de indio, galio y arseniuro de indio y aluminio.
Cuando estos materiales se apilan, sus propiedades electrónicas interactúan para formar pozos cuánticos, lugares donde se pueden confinar partículas cargadas como los electrones, que actúan como transistores, dice Michael Mayberry , director de investigación de componentes y vicepresidente del grupo de fabricación y tecnología de Intel. Para evitar la tensión y el agrietamiento, los investigadores agregaron capas amortiguadoras de los dos materiales. El truco consiste en asegurarse de que las capas amortiguadoras contengan concentraciones de átomos que sean un poco más compatibles con el silicio. Pero a medida que se agregan más capas, el espaciado atómico coincide perfectamente con el de las capas de transistores. Mayberry dice que el búfer tiene un poco más de un micrómetro de espesor y evita que los defectos afecten a los transistores.
Sin duda, muchos investigadores han propuesto agregar capas de amortiguación entre los materiales de silicio y no silicio. Por ejemplo, una empresa llamada Amberwave , en Salem, NH, fundada por Gene Fitzgerald, profesor de ciencia de los materiales en el MIT, tiene un enfoque que usa germanio en un tipo de oblea de silicio con una capa de dióxido de silicio, un material aislante, incorporado. Silicio.)
Sin embargo, notas Jesus del Alamo , quien también es profesor de ingeniería eléctrica en el MIT, el enfoque de Intel es único en el sentido de que los investigadores han hecho crecer las capas de búfer del mismo material que utilizan para los transistores. Además, dice, Intel ha demostrado que solo se necesita una fina capa de búfer para obtener una buena calidad. Una capa de amortiguación gruesa, que puede tener hasta cinco micrómetros de espesor, es costosa y es más propensa a agrietarse, agrega.
El trabajo es impresionante, dice del Alamo. Si puede llevar la estructura de la capa al silicio, entonces los sustratos se sienten y se ven como el silicio, y todas las herramientas que se han desarrollado para la fabricación de silicio se pueden reutilizar en esta nueva tecnología.
Aún así, Mayberry señala que quedan algunos problemas que deben abordarse antes de que estos transistores puedan aparecer en la electrónica de consumo. Por un lado, la puerta, o el interruptor de encendido y apagado, para estos nuevos transistores es relativamente grande a 80 nanómetros. Mayberry dice que los ingenieros necesitarán reducir esto para que los chips tengan una densidad de transistores relativamente alta. Agrega que, mientras tanto, algunos de estos materiales pueden encontrar su camino en el proceso de fabricación de chips, para ser utilizados en componentes específicos en microprocesadores.