La próxima generación de dispositivos electrónicos eficientes en energía y llenos de funciones requerirá chips de computadora de unos pocos átomos de grosor. Para todos sus atributos positivos, el silicio confiable no puede llevarnos a estos extremos ultrafinos.
Ahora, los ingenieros eléctricos de Stanford han identificado dos semiconductores, diselenuro de hafnio y diselenuro de circonio, que comparten o incluso superan algunos de los rasgos deseables del silicio, comenzando por el hecho de que los tres materiales pueden "oxidarse".
"Es un poco como el óxido, pero un óxido muy deseable", dijo Eric Pop, profesor asociado de ingeniería eléctrica, quien fue coautor con el académico postdoctoral Michal Mleczko de un artículo que aparece en la revista Avances científicos .
Los nuevos materiales también pueden reducirse a circuitos funcionales de solo tres átomos de espesor y requieren menos energía que los circuitos de silicio. Aunque todavía son experimentales, los investigadores dijeron que los materiales podrían ser un paso hacia los tipos de chips más delgados y más eficientes en energía que se exigenpor dispositivos del futuro.
fortalezas de silicona
Explicó Pop. El silicio tiene varias cualidades que lo han convertido en la piedra angular de la electrónica. Una es que está bendecida con un muy buen aislante "nativo", dióxido de silicio o, en inglés simple, óxido de silicio. Exposición de silicio al oxígenodurante la fabricación, los fabricantes de chips tienen una manera fácil de aislar sus circuitos. Otros semiconductores no se "oxidan" en buenos aislantes cuando se exponen al oxígeno, por lo que deben colocarse en capas con aisladores adicionales, un paso que introduce desafíos de ingeniería.El grupo de Stanford probado formó esta capa de óxido aislante evasiva pero de alta calidad cuando se expuso al oxígeno.
Los dos semiconductores ultradelgados no solo se oxidan, sino que lo hacen de una manera que es aún más deseable que el silicio. Forman lo que se conoce como aisladores de "alto K", que permiten una operación de menor potencia que la que es posible con el silicio y su óxido de silicio.aislante.
Cuando los investigadores de Stanford comenzaron a reducir los diselenidos a delgadez atómica, se dieron cuenta de que estos semiconductores ultrafinos comparten otra de las ventajas secretas del silicio: la energía necesaria para encender los transistores, un paso crítico en la informática, llamado intervalo de banda, está enun rango justo. Demasiado bajo y los circuitos tienen fugas y se vuelven poco confiables. Demasiado alto y el chip consume demasiada energía para funcionar y se vuelve ineficiente. Ambos materiales estaban en el mismo rango óptimo que el silicio.
Todo esto y los diselenidos también se pueden transformar en circuitos de solo tres átomos de espesor, o alrededor de dos tercios de un nanómetro, algo que el silicio no puede hacer.
"Los ingenieros no han podido hacer que los transistores de silicio sean más delgados que unos cinco nanómetros, antes de que las propiedades del material comiencen a cambiar de manera indeseable", dijo Pop.
La combinación de circuitos más delgados y aislamiento deseable de alta K significa que estos semiconductores ultradelgados podrían convertirse en transistores 10 veces más pequeños que cualquier cosa posible con silicio hoy en día.
"El silicio no desaparecerá. Pero para los consumidores esto podría significar una vida útil de la batería mucho más larga y una funcionalidad mucho más compleja si estos semiconductores se pueden integrar con el silicio", dijo Pop.
Más trabajo por hacer
Hay mucho trabajo por delante. Primero, Mleczko y Pop deben refinar los contactos eléctricos entre los transistores en sus circuitos ultrafinos de diselenuro. "Estas conexiones siempre han demostrado ser un desafío para cualquier semiconductor nuevo, y la dificultad se vuelve mayor a medida que reducimos los circuitos alescala atómica ", dijo Mleczko.
También están trabajando para controlar mejor los aisladores oxidados para asegurar que permanezcan tan delgados y estables como sea posible. Por último, pero no menos importante, solo cuando estas cosas estén en orden comenzarán a integrarse con otros materiales y luego a escalar hastaobleas de trabajo, circuitos complejos y, eventualmente, sistemas completos.
"Hay más investigación por hacer, pero un nuevo camino hacia circuitos más delgados y pequeños, y una electrónica más eficiente en energía, está al alcance", dijo Pop.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Andrew Myers. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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