Transistores basados en nanoestructuras de carbono: lo que parece un sueño futurista podría convertirse en realidad en unos pocos años. Los científicos ahora han producido nanotransistores a partir de cintas de grafeno que tienen solo unos pocos átomos de ancho.
Las cintas de grafeno que tienen solo unos pocos átomos de ancho, las denominadas nanocintas de grafeno, tienen propiedades eléctricas especiales que las convierten en candidatos prometedores para la nanoelectrónica del futuro: mientras que el grafeno, una capa de carbono de un átomo de espesor y en forma de panal,es un material conductor, puede convertirse en un semiconductor en forma de nanocintas. Esto significa que tiene una energía o banda prohibida suficientemente grande en la que no pueden existir estados de electrones: se puede encender y apagar, y por lo tanto puede convertirse en uncomponente clave de los nanotransistores.
Los detalles más pequeños en la estructura atómica de estas bandas de grafeno, sin embargo, tienen efectos masivos en el tamaño de la brecha de energía y, por lo tanto, en qué tan adecuadas son las nanocintas como componentes de los transistores. Por un lado, la brecha depende de laEl ancho de las cintas de grafeno, mientras que por otro lado depende de la estructura de los bordes. Dado que el grafeno consta de hexágonos de carbono equiláteros, el borde puede tener un zigzag o una forma de sillón, dependiendo de la orientación de las cintas.Mientras que las bandas con borde en zigzag se comportan como metales, es decir, son conductoras, se convierten en semiconductores con el borde del sillón.
Esto plantea un gran desafío para la producción de nanocintas: si las cintas se cortan de una capa de grafeno o se hacen cortando nanotubos de carbono, los bordes pueden ser irregulares y, por lo tanto, las cintas de grafeno pueden no exhibir las propiedades eléctricas deseadas.
Creando un semiconductor con nueve átomos
Los investigadores de Empa, en colaboración con el Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros en Mainz y la Universidad de California en Berkeley, ahora han logrado hacer crecer cintas de exactamente nueve átomos de ancho con un borde de sillón regular a partir de moléculas precursoras. Las moléculas especialmente preparadas se evaporan en unvacío ultra alto para este propósito. Después de varios pasos del proceso, se combinan como piezas de un rompecabezas sobre una base de oro para formar las nanocintas deseadas de aproximadamente un nanómetro de ancho y hasta 50 nanómetros de largo.
Estas estructuras, que solo se pueden ver con un microscopio de túnel de barrido, ahora tienen una brecha de energía relativamente grande y, sobre todo, definida con precisión. Esto permitió a los investigadores dar un paso más e integrar las cintas de grafeno en nanotransistores. Inicialmente,sin embargo, los primeros intentos no tuvieron mucho éxito: las mediciones mostraron que la diferencia en el flujo de corriente entre el estado "ON" es decir, con voltaje aplicado y el estado "OFF" sin voltaje aplicado era demasiado pequeña. El problema erala capa dieléctrica de óxido de silicio, que conecta las capas semiconductoras al contacto del interruptor eléctrico. Para tener las propiedades deseadas, debía tener 50 nanómetros de espesor, lo que a su vez influyó en el comportamiento de los electrones.
Sin embargo, los investigadores posteriormente lograron reducir masivamente esta capa utilizando óxido de hafnio HfO2 en lugar de óxido de silicio como material dieléctrico. Por lo tanto, la capa ahora tiene solo 1,5 nanómetros de espesor y la corriente de encendido es órdenes de magnitudes más altas..
Otro problema fue la incorporación de cintas de grafeno en el transistor. En el futuro, las cintas ya no deberían ubicarse entrecruzadas en el sustrato del transistor, sino alineadas exactamente a lo largo del canal del transistor. Esto reduciría significativamente el nivel alto actualde nanotransistores que no funcionan.
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Materiales proporcionado por Laboratorios federales suizos de ciencia y tecnología de materiales EMPA . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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