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Mejores transistores de grafeno
Los investigadores de IBM han descubierto una forma de mejorar enormemente el rendimiento de los transistores hechos de láminas del material de carbono bidimensional grafeno: los apilan. Al colocar dos capas de grafeno una encima de la otra, descubrieron que pueden reducir el ruido eléctrico del dispositivo en un factor de 10.
De dos pisos: Los investigadores de IBM han descubierto que pueden reducir significativamente el ruido en los dispositivos de grafeno apilando dos capas juntas. Aquí, el ruido producido por una sola capa de grafeno (izquierda) se compara con el de dos capas (derecha).
Los hallazgos podrían ayudar a realizar chips basados en grafeno que se ejecutan más rápido, son más compactos y consumen menos energía que los chips de silicio actuales, dice Yu-Ming Lin , un científico en el Centro de investigación IBM T. J. Watson , en Yorktown Heights, Nueva York. Los investigadores de IBM también están investigando otros sucesores prometedores del silicio, como los nanotubos de carbono similares al grafeno. El grafeno, que está hecho completamente de átomos de carbono dispuestos en una estructura de panal de un átomo de espesor, tiene una serie de propiedades que lo hacen atractivo para la electrónica, particularmente para los transistores que producen señales de radiofrecuencia. Pero los transistores creados a partir del material han estado plagados de ruido, lo que hace que las señales que producen no sean ideales para las comunicaciones. El descubrimiento de los investigadores podría ayudar a hacer prácticos los transistores de grafeno.
La industria de los semiconductores está buscando con mucha frecuencia nuevos materiales que puedan superar al silicio, dice Lin. El grafeno es uno de los principales candidatos, dice, ya que para un voltaje dado, el grafeno puede transportar una corriente mucho más alta, porque los electrones simplemente se mueven más rápido en el grafeno que en el silicio.
Esta movilidad de electrones mejorada, generalmente entre 50 y 500 veces más rápida que el silicio, hace posible procesar más información con menos energía, lo que permite velocidades de conmutación extremadamente rápidas. El grafeno también se puede cortar potencialmente en tamaños mucho más pequeños que el silicio, lo que hace posible transistores y chips más compactos.
Pero existe un serio desafío para hacer dispositivos pequeños y prácticos con grafeno, dice Pablo Jarillo-Herrero , investigador de grafeno en el MIT. Uno de los principales problemas a medida que los dispositivos se vuelven cada vez más pequeños es que el ruido se vuelve cada vez más grande, dice. Esto se debe a que las pequeñas corrientes que fluyen a través de los dispositivos se vuelven cada vez más susceptibles a las influencias ambientales. Por ejemplo, las partículas cargadas en el sustrato cerca del dispositivo pueden influir en la corriente que fluye a través del grafeno. Esto puede actuar como una barrera para el flujo de corriente, provocando que se desvíe y distorsione la señal producida.
Pero Lin, trabajando con su colega Phaedon Avouris , descubrió que colocar dos capas de grafeno, una encima de la otra, tiene la propiedad inesperada de reducir significativamente este problema. Los resultados se publican en el último número de la revista. Nano letras .
Lin fabrica las capas de grafeno utilizando un enfoque común y sorprendentemente de baja tecnología, conocido como exfoliación mecánica. Tomamos un trozo de cinta adhesiva y despegamos una capa de un trozo de grafito, dice Lin. La estructura del grafito es esencialmente la misma que la de una gran pila de grafeno, y los átomos de carbono tienen una tendencia natural a querer permanecer en estas capas. Entonces, normalmente repetimos el proceso hasta que, finalmente, tenemos una sola capa, dice.
Cuando se coloca entre dos electrodos sobre un sustrato de óxido, esta disposición forma un transistor de efecto de campo, el bloque de construcción básico de chips. El mismo enfoque se usa con el transistor de dos capas, solo que el proceso de exfoliación se corta ligeramente, y el número final de capas de grafeno se determina mediante microscopía de fuerza atómica. Ambas capas conservan sus deseables propiedades de alta movilidad de electrones. Pero ahora las corrientes que atraviesan ambas capas se acoplan de modo que cada electrón se empareja con una carga positiva, manteniéndolo efectivamente en curso, dice Lin. El par se resiste a ser desviado por cargas aleatorias positivas y negativas en los materiales.
Si bien la disminución del ruido en los transistores de grafeno es un paso importante, otros obstáculos, como encontrar formas de fabricar grandes cantidades de transistores de grafeno de alto rendimiento, deben superarse antes de que dichos dispositivos estén listos para su comercialización.