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Los transistores de nanotubos más pequeños superan al silicio
El transistor de nanotubos de carbono más pequeño jamás fabricado, un dispositivo de nueve nanómetros, funciona mejor que cualquier otro transistor de este tamaño.
Puerta nano: Una ilustración conceptual muestra un nanotubo colocado entre la fuente y el drenaje de un transistor.
Durante más de una década, los investigadores han prometido que los nanotubos de carbono, con sus propiedades eléctricas superiores, producirían mejores transistores en tamaños cada vez más pequeños, pero esa afirmación no se había probado en el laboratorio en estos extremos. Los investigadores de IBM que fabricaron los transistores de nanotubos dicen que esta es la primera evidencia experimental de que cualquier material es un reemplazo potencial viable para el silicio en un tamaño menor de 10 nanómetros.
Los resultados realmente resaltan el valor de los nanotubos en el tipo más sofisticado de transistores, dice John Rogers , profesor de ciencia de los materiales en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Sugieren, muy claramente, que los nanotubos tienen el potencial de hacer algo realmente competitivo o complementario al silicio.
La contracción de los transistores de silicio durante las últimas décadas ha reducido el costo de la electrónica y ha dado lugar a una mayor potencia de procesamiento con un menor consumo de energía. Pero la reducción de la electrónica de silicio podría encontrar un obstáculo en alrededor de 10 nanómetros, dice Aaron Franklin , investigador del IBM Watson Research Center en Yorktown Heights, Nueva York. Ahora estamos llegando a límites físicos, dice. A medida que los transistores se hacen más pequeños, se vuelve más difícil controlar cómo se mueven los electrones a través del canal de silicio para encender y apagar el transistor. Ante este comportamiento rebelde y de consumo de energía, Intel anunció el año pasado que cambiaría a un nuevo diseño de transistor tridimensional para su generación de chips de 22 nanómetros. Otras empresas están trabajando en los denominados transistores de cuerpo ultradelgado. Sin embargo, no importa cómo tenga la forma, el silicio es silicio, y tratarlo en tamaños extremadamente pequeños presenta problemas incluso en estos nuevos diseños de transistores.
Muchos materiales se han promocionado como un posible reemplazo del silicio, incluidos los nanotubos de carbono. Ese material y otros se han mostrado prometedores en transistores más grandes, pero hasta ahora, nadie había demostrado un transistor de nanotubos de carbono de menos de 10 nanómetros. Si los nanotubos no pueden llegar mucho más lejos que el silicio, entonces trabajar en ellos es una pérdida de tiempo, dice Franklin. Hemos fabricado transistores de nanotubos en dimensiones agresivamente escaladas y hemos demostrado que son tremendamente mejores que los mejores dispositivos de silicio.
Para probar cómo el tamaño de un transistor de nanotubos afectaba su rendimiento, el grupo de Franklin fabricó varios transistores de diferentes tamaños a lo largo de un solo nanotubo. Esto les permitió controlar cualquier variación que pudiera ocurrir de nanotubos a nanotubos. Primero, tuvieron que colocar una capa muy delgada de material aislante para que se asentara el nanotubo. Y desarrollaron un proceso de dos pasos para agregar puertas eléctricas al nanotubo sin dañarlo. Estas técnicas de ninguna manera están listas para la fabricación, pero permitieron al grupo de IBM fabricar los primeros dispositivos de nanotubos de menos de 10 nanómetros para probar en el laboratorio. El trabajo se describe en línea en la revista. Nano letras .
El grupo de IBM demostró que su transistor de nanotubos de nueve nanómetros tenía un consumo de energía mucho menor que otros transistores del mismo tamaño. Y puede transportar más corriente que los dispositivos de silicio comparables, lo que significa una mejor señal.
Siguen existiendo varios problemas importantes de ingeniería, dice Franklin. En primer lugar, los investigadores tienen que encontrar mejores métodos para fabricar lotes puros de nanotubos semiconductores: los tubos metálicos en la mezcla provocarán un cortocircuito en los circuitos integrados. En segundo lugar, deben encontrar una forma de colocar una gran cantidad de nanotubos en una superficie con una alineación perfecta.