Durante más de una década, los ingenieros han estado mirando la línea de meta en la carrera para reducir el tamaño de los componentes en los circuitos integrados. Sabían que las leyes de la física habían establecido un umbral de 5 nanómetros en el tamaño de las compuertas de transistores entre los semiconductores convencionales, aproximadamente una cuarta parte del tamaño de los transistores de alta gama de 20 nanómetros actualmente en el mercado.

Algunas leyes están hechas para romperse, o al menos desafiarse.

equipo

 

 

Un equipo de investigación liderado por el científico de la facultad Ali Javey en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) ha hecho justamente eso al crear un transistor con una puerta de trabajo de 1 nanómetro. A modo de comparación, una hebra de cabello humano tiene unos 50,000 nanómetros de grosor.

  "La longitud de la puerta se considera una dimensión definitoria del transistor. Demostramos un transistor de puerta de 1 nanómetro, que muestra que con la elección de los materiales adecuados, hay mucho más espacio para reducir nuestros componentes electrónicos”.

La clave era usar nanotubos de carbono y disulfuro de molibdeno, un lubricante para motores que se vende comúnmente en tiendas de autopartes. El Molibdeno es parte de una familia de materiales con un inmenso potencial para aplicaciones en LED, láseres, transistores a nanoescala, células solares y más.

El desarrollo podría ser clave para mantener viva la predicción del cofundador de Intel Gordon Moore de que la densidad de los transistores en circuitos integrados se duplicaría cada dos años, lo que permitiría un mayor rendimiento de nuestras computadoras portátiles, teléfonos móviles, televisores y otros dispositivos electrónicos.

"La industria de los semiconductores siempre ha supuesto que cualquier compuerta por debajo de 5 nanómetros no funcionaría, por lo que no se consideró nada por debajo", dijo la autora principal del estudio, Sujay Desai, estudiante graduada en el laboratorio de Javey. "Esta investigación muestra que las compuertas sub-5 nanómetros no deben descartarse. La industria ha estado exprimiendo hasta el último pedazo de capacidad del silicio. Al cambiar el material de silicio a Molibdeno , podemos hacer un transistor con una compuerta de solo 1 nanómetro de longitud y operarlo como un interruptor ".

 Transistor

Los transistores constan de tres terminales: una fuente, un drenaje y una puerta. La corriente fluye desde la fuente al desagüe, y ese flujo es controlado por la compuerta, que se enciende y apaga en respuesta a la tensión aplicada.

Tanto el silicio como el Molibdeno tienen una estructura reticular cristalina, pero los electrones que fluyen a través del silicio tienen una masa efectiva menor en comparación con el Molibdeno. Eso es una bendición cuando la puerta es de 5 nanómetros o más. Pero debajo de esa longitud, un fenómeno mecánico cuántico llamado túnel entra en acción, y la barrera de la puerta ya no puede evitar que los electrones ingresen desde la fuente a los terminales de drenaje.

"Esto significa que no podemos apagar los transistores", dijo Desai. "Los electrones están fuera de control".

Debido a que los electrones que fluyen a través del Molibdeno tienen una masa efectiva más alta, su flujo se puede controlar con longitudes de compuerta más pequeñas. El molibdeno también se puede reducir a capas atómicamente delgadas, de aproximadamente 0.6 nanómetros de grosor, con una constante dieléctrica menor, una medida que refleja la capacidad de un material para almacenar energía en un campo eléctrico. Ambas propiedades, además de la masa efectiva del electrón, ayudan a mejorar el control del flujo de corriente dentro del transistor cuando la longitud de la puerta se reduce a 1 nanómetro.

Una vez que se estableció el molibdeno como el material semiconductor, llegó el momento de construir la puerta. Hacer una estructura de 1 nanómetro, resulta, no es poca cosa. Las técnicas convencionales de litografía no funcionan bien a esa escala, por lo que los investigadores recurrieron a los nanotubos de carbono, tubos cilíndricos huecos con diámetros tan pequeños como 1 nanómetro.

Luego midieron las propiedades eléctricas de los dispositivos para mostrar que el transistor molibdeno con la compuerta de nanotubos de carbono controlaba efectivamente el flujo de electrones.

"Este trabajo demostró el transistor más corto que haya existido", dijo Javey, quien también es profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en la Universidad de California en Berkeley. "Sin embargo, es una prueba de concepto. Todavía no hemos empacado estos transistores en un chip, y no hemos hecho esto miles de millones de veces. Tampoco hemos desarrollado esquemas de fabricación auto alineados para reducir las resistencias parásitas en el dispositivo. Pero este trabajo es importante para mostrar que ya no estamos limitados a una puerta de 5 nanómetros para nuestros transistores. La Ley de Moore puede continuar un tiempo más mediante la ingeniería adecuada del material semiconductor y la arquitectura del dispositivo ".

 
 
Fuente/ Leer más: http://bit.ly/2dvUl37