CALIFORNIA, ESTADOS UNIDOS.- Investigadores del programa de materiales electrónicos de la División de Ciencia de los Materiales del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de Estados Unidos, crearon un transistor con una puerta funcional del tamaño de un nanómetro.

De esta forma, se ha impuesto una marca en lo referente a la medida de los transistores entre semiconductores convencionales.

El umbral de cinco nanómetros es el establecido por las leyes de la física y en el mercado ya se encuentran transistores de lujo con puertas de 20 nanómetros. Para hacerse una idea, un pequeño mechón de cabello humano tiene cerca de 50.000 nanómetros de grosor.

“Fabricamos el transistor más pequeño reportado hasta la fecha”, dijo Ali Javey, investigador principal del equipo responsable del proyecto.

El tamaño de puerta es considerado una dimensión decisiva del transistor. Mostramos un transistor con una puerta de un nanómetro, lo que indica que con la elección de materiales adecuados, es posible disminuir mucho más el tamaño de nuestros electrónicos”, señaló.

El desarrollo podría ser clave para mantener vigente la predicción del fundador de Intel Corp, Gordon Moore, en el sentido de que la densidad de transistores en los circuitos integrados se dupliquen cada dos años, lo que permitiría mejorar el desempeño de computadoras, teléfonos móviles, televisiones y otros electrónicos.

“La industria de semiconductores ha asumido durante mucho tiempo que cualquier puerta menor a cinco nanómetros no funcionaría, de modo que no se había considerado nada más pequeño”, dijo Sujay Desai, estudiante universitario del laboratorio Javey y uno de los autores de un artículo publicado esta semana en la revista Science.

La clave fue utilizar nanotubos de carbón y disulfuro de molibdeno (MoS2), que es parte de una familia de materiales con inmenso potencial de aplicación en diodos emisores de luz (LED), láseres, transistores a nanoescala, celdas solares y más.

Los transistores consisten de tres terminales: una fuente, un drenaje y una puerta. La corriente fluye de la fuente al drenaje y ese flujo es controlado por la puerta, la cual se enciende y se apaga en respuesta al voltaje aplicado.

Tanto el silicio como el MoS2 tienen una estructura de red cristalina, pero los electrones que fluyen a través del silicio son más ligeros y encuentran menos resistencia en comparación con el MoS2. Esto es una bendición cuando la puerta es de cinco nanómetros o de mayor tamaño. A menos de cinco nanómetros se produce un fenómeno de la mecánica cuántica llamado efecto túnel, en el que la barrera de puerta ya no puede evitar que los electrones atraviesen de la fuente hacia el drenaje.

Como los electrones que fluyen por el MoS2 son más pesados, su flujo puede controlarse con puertas de menor longitud. El MoS2 también puede reducirse a placas de tamaño atómico, con cerca de 0.62 nanómetros de grosor, con una menor constante dieléctrica, una medida que refleja la capacidad de un material para almacenar energía en un campo eléctrico.

Ambas propiedades, además de la masa de los electrones, ayudan a mejorar el control del flujo de corriente dentro del transistor cuando el tamaño de la puerta es reducido a un nanómetro.

con información del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley

jcrh