Durante décadas, un material ha dominado tanto la producción de chips y transistores de computadora que la capital tecnológica del mundo, Silicon Valley, lleva su nombre. Pero el reinado del silicio puede no durar para siempre.
Los investigadores del MIT han descubierto que una aleación llamada InGaAs arseniuro de indio y galio podría tener el potencial de transistores más pequeños y con mayor eficiencia energética. Anteriormente, los investigadores pensaban que el rendimiento de los transistores InGaAs se deterioraba a pequeñas escalas. Pero el nuevo estudio muestra este aparenteel deterioro no es una propiedad intrínseca del material en sí.
El hallazgo podría algún día ayudar a impulsar la potencia y la eficiencia de la computación más allá de lo que es posible con el silicio. "Estamos muy entusiasmados", dijo Xiaowei Cai, autor principal del estudio. "Esperamos que este resultado anime a la comunidad a continuar explorando el usode InGaAs como material de canal para transistores ".
Cai, ahora con Analog Devices, completó la investigación como estudiante de doctorado en los Laboratorios de Tecnología de Microsistemas del MIT y el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática EECS, con el profesor Donner Jesús del Alamo. Entre sus coautores se encuentra Jesús Grajal del PolitécnicoUniversidad de Madrid, así como Alon Vardi y del Alamo del MIT. El trabajo se presentará este mes en el IEEE International Electron Devices Meeting virtual.
Los transistores son los componentes básicos de una computadora. Su función como interruptores, ya sea deteniendo la corriente eléctrica o dejándola fluir, da lugar a una asombrosa variedad de cálculos, desde simular el clima global hasta reproducir videos de gatos en Youtube. Una sola computadora portátilpodría contener miles de millones de transistores. Para que la potencia informática mejore en el futuro, como lo ha hecho durante décadas, los ingenieros eléctricos tendrán que desarrollar transistores más pequeños y compactos. Hasta la fecha, el silicio ha sido el material semiconductor preferido para los transistores. Pero InGaAsha mostrado indicios de convertirse en un competidor potencial.
Los electrones pueden atravesar InGaAs con facilidad, incluso a bajo voltaje. Se sabe que el material "tiene excelentes propiedades de transporte [de electrones]", dice Cai. Los transistores InGaAs pueden procesar señales rápidamente, lo que puede generar cálculos más rápidos. Además, los transistores InGaAspueden funcionar a un voltaje relativamente bajo, lo que significa que podrían mejorar la eficiencia energética de una computadora. Por lo tanto, InGaAs puede parecer un material prometedor para transistores de computadora. Pero hay una trampa.
Las propiedades favorables de transporte de electrones de InGaAs parecen deteriorarse a pequeñas escalas, las escalas necesarias para construir procesadores de computadora más rápidos y densos. El problema ha llevado a algunos investigadores a concluir que los transistores InGaAs a nanoescala simplemente no son adecuados para la tarea. Pero,dice Cai, "hemos descubierto que es un error".
El equipo descubrió que los problemas de rendimiento a pequeña escala de InGaAs se deben en parte al atrapamiento de óxido. Este fenómeno hace que los electrones se atasquen mientras intentan fluir a través de un transistor ". Se supone que un transistor funciona como un interruptor.ser capaz de encender un voltaje y tener mucha corriente ", dice Cai." Pero si tiene electrones atrapados, lo que sucede es que enciende un voltaje, pero solo tiene una cantidad muy limitada de corriente en el canal.la capacidad de conmutación es mucho menor cuando tiene esa trampa de óxido ".
El equipo de Cai identificó el atrapamiento de óxido como el culpable al estudiar la dependencia de la frecuencia del transistor, la velocidad a la que los pulsos eléctricos se envían a través del transistor. A bajas frecuencias, el rendimiento de los transistores InGaAs a nanoescala parecía degradado. Pero a frecuencias de 1 gigahercio omayor, funcionaron bien: la captura de óxido ya no era un obstáculo. "Cuando operamos estos dispositivos a una frecuencia realmente alta, notamos que el rendimiento es realmente bueno", dice. "Son competitivos con la tecnología de silicio".
Cai espera que el descubrimiento de su equipo dé a los investigadores una nueva razón para buscar transistores de computadora basados en InGaAs. El trabajo muestra que "el problema a resolver no es realmente el transistor InGaAs en sí. Es este problema de atrapamiento de óxido", dice.este es un problema que puede resolverse o solucionarse mediante ingeniería ". Agrega que InGaAs se ha mostrado prometedor tanto en aplicaciones de computación clásica como cuántica.
"Esta área [de investigación] sigue siendo muy, muy emocionante", dice del Alamo. "Nos esforzamos en llevar los transistores al extremo de rendimiento". Un día, ese rendimiento extremo podría ser cortesía de InGaAs.
Esta investigación fue apoyada en parte por la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa y la Fundación Nacional de Ciencias.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Daniel Ackerman. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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