Durante décadas, los transistores en nuestros microchips se han vuelto más pequeños, más rápidos y más baratos. Aproximadamente cada dos años el número de transistores en chips comerciales se ha duplicado; este fenómeno se conoció como la "Ley de Moore". Pero desde hace varios años, Moore'sla ley ya no se cumple. La miniaturización ha alcanzado un límite natural, ya que surgen problemas completamente nuevos cuando se aborda una escala de longitud de solo unos pocos nanómetros.
Ahora, sin embargo, el próximo gran paso de miniaturización pronto podría ser posible, con los llamados "materiales bidimensionales 2D" que pueden consistir en una sola capa atómica. Con la ayuda de un nuevo aislante hecho de calciofluoruro, los científicos de TU Wien Viena han creado un transistor ultrafino, que tiene excelentes propiedades eléctricas y, en contraste con las tecnologías anteriores, se puede miniaturizar a un tamaño extremadamente pequeño. La nueva tecnología ahora se ha presentado en la revista Electrónica de la naturaleza .
Semiconductores y aisladores ultrafinos
La investigación sobre los materiales semiconductores necesarios para fabricar transistores ha visto un progreso significativo en los últimos años. Hoy en día, los semiconductores ultradelgados pueden estar hechos de materiales 2D, que consisten en unas pocas capas atómicas ". Pero esto no es suficiente para construir un extremadamente pequeñotransistor ", dice el profesor Tibor Grasser del Instituto de Microelectrónica de TU Wien." Además del semiconductor ultrafino, también necesitamos un aislante ultrafino ".
Esto se debe a la estructura de diseño fundamental de un transistor: la corriente puede fluir de un lado del transistor al otro, pero solo si se aplica un voltaje en el medio, creando un campo eléctrico. El electrodo que proporciona este campo debe seraislado eléctricamente del propio semiconductor. "Ya se han realizado experimentos con transistores con semiconductores ultradelgados, pero hasta ahora estaban acoplados con aislantes comunes", dice Tibor Grasser. "No hay mucho beneficio en reducir el grosor del semiconductor cuandotodavía tiene que combinarse con una capa gruesa de material aislante. Ya no hay forma de miniaturizar dicho transistor. Además, a escalas muy pequeñas la superficie del aislador resultó perturbar las propiedades electrónicas del semiconductor ".
Por lo tanto, Yury Illarionov, un postdoc en el equipo de Tibor Grasser, probó un enfoque novedoso. Utilizó materiales 2D ultrafinos no solo para la parte semiconductora del transistor, sino también para la parte aislante. Al seleccionar el aislamiento ultradelgadoSe pueden construir materiales como cristales iónicos, un transistor con un tamaño de solo unos pocos nanómetros. Las propiedades electrónicas se mejoran porque los cristales iónicos pueden tener una superficie perfectamente regular, sin un solo átomo que sobresalga de la superficie, lo que podría alterar el campo eléctrico."Los materiales convencionales tienen enlaces covalentes en la tercera dimensión: átomos que se acoplan a los materiales vecinos arriba y abajo", explica Tibor Grasser. "Este no es el caso en los materiales 2D y los cristales iónicos, por lo que no interfieren con elpropiedades eléctricas del semiconductor "
El prototipo es un campeón mundial
Para producir el nuevo transistor ultrafino, se seleccionó fluoruro de calcio como material aislante. La capa de fluoruro de calcio se produjo en el Instituto Ioffe en San Petersburgo, donde el primer autor de la publicación, Yury Illarionov, es originario de antesunirse al equipo en Viena. El transistor en sí fue fabricado por el equipo del profesor Thomas Müller en el Instituto de Fotónica de TU Wien y analizado en el Instituto de Microelectrónica.
El primer prototipo ya superó todas las expectativas: "Durante años, hemos recibido muchos transistores diferentes para investigar sus propiedades técnicas, pero nunca hemos visto algo así como nuestro transistor con el aislante de fluoruro de calcio", dice Tibor Grasser"El prototipo con sus propiedades eléctricas superiores eclipsa a todos los modelos anteriores".
Ahora, el equipo quiere descubrir qué combinaciones de aisladores y semiconductores funcionan mejor. Pueden pasar algunos años más antes de que la tecnología se pueda utilizar para chips de computadora disponibles comercialmente, ya que los procesos de fabricación de las capas de material aún deben mejorarse."En general, sin embargo, no hay duda de que los transistores hechos de materiales 2D son una opción muy interesante para el futuro", dice Tibor Grasser. "Desde un punto de vista científico, está claro que los fluoruros que acabamos de probar son actualmentela mejor solución para el problema del aislador. Ahora, solo quedan algunas preguntas técnicas por responder "
Este nuevo tipo de transistor más pequeño y más rápido debería permitir a la industria informática dar el siguiente gran paso. De esta manera, la ley de Moore de aumentar exponencialmente la potencia de la computadora pronto podría volver a la vida.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :