Investigadores de las universidades de Purdue y Harvard han creado un nuevo tipo de
transistor fabricado con un material que podría sustituir al silicio y tienen
una estructura 3-D en lugar de chips de computadoras convencionalmente planos.
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| Fuente: Wikipedia |
El dispositivo fue creado usando el llamado método "top-down", que se asemeja a
los procesos industriales de grabación con precisión los componentes de posición
de los transistores. Debido a que el enfoque convencional es compatible con los
procesos de fabricación, es prometedor para su adopción por la industria, dijo
Peide "Peter" Ye, un profesor de la eléctrica y la ingeniería informática
en Purdue.
Una nueva generación de chips de silicio, debutara en 2012, contienen
transistores con una estructura vertical en lugar de un diseño plano
convencional. Sin embargo, como el silicio tiene un número limitado de "movilidad
de los electrones" (la rapidez de flujo de electrones), otros materiales
serán necesarios antes de continuar avanzando con este enfoque transistores
3-D, señalo el prof. Ye.
El Indio-galio-arsénico, es uno de varios semiconductores prometedores que
están siendo estudiados para sustituir al silicio. Los semiconductores se
denominan materiales III-V, ya que combinan elementos de los grupos tercero y
quinto de la tabla periódica.
"La industria y las universidades están compitiendo para desarrollar los
transistores de los materiales III-V", dijo Ye. "Aquí, hemos abierto
la primera puerta en 3-D en base al indio-galio-arsénico para transistores de mucho
más alta movilidad que los de silicio”.
Los resultados se detallan en un documento que será presentado durante
la Reunión Internacional de Dispositivos de Electrones a realizarse entre los
días 5-7 de diciembre en Washington, DC. El trabajo está dirigido por el
estudiante de doctorado de Purdue, Jiangjiang Gu, el estudiante de doctorado de
Harvard Yiqun Liu, Roy Gordon, Thomas D. Cabot de Harvard, profesores de
Química, y el Dr. Ye.
Transistores contienen componentes críticos llamados puertas, que
permiten a los dispositivos el encendido y apagado y, para dirigir el flujo de
corriente eléctrica. En los chips de hoy en día, la longitud de estas puertas
es de unos 45 nanómetros, o millonésimas de un metro. Sin embargo, para el 2012
la industria presentará a base de silicio en 3-D, transistores con una longitud
de puerta de 22 nanómetros.
"El próximo año, si usted compra una computadora tendrá puertas de 22
nanómetros de longitud y transistores 3-D de silicio", dijo el prof. Ye. El diseño en 3-D es fundamental, porque las longitudes de puerta de 22
nanómetros no funcionarán en un diseño plano.
"Una vez que reducir longitudes de puerta a 22 nanómetros de
silicio que tiene que hacer diseño de la estructura más complicada", dijo
Ye. "La puerta ideal es como un cuello (necklike), gate-all-around a la
estructura de modo que la puerta del transistor rodea por todos lados".
Los nanocables están recubiertos con una "dieléctrico", que
actúa como una puerta. Los ingenieros están trabajando para desarrollar
transistores que utilizan aún puertas más pequeñas longitudes, de 14
nanómetros, para el año 2015.
Sin embargo, las reducciones más allá de los 14 nanómetros de tamaño y
las mejoras adicionales de rendimiento es probable que no sea posible con el
uso del silicio, es decir, nuevos diseños y materiales serán necesarios para
seguir avanzando, dijo Ye.
Los nanocables hechos de aleaciones III-V nos llevarán a la gama de 10
nanómetros. Los nuevos hallazgos confirman que el dispositivo fabricado con un
material III-V tiene el potencial para llevar a los electrones cinco veces más
rápido que el silicio.
La creación de transistores más pequeños también necesita encontrar un
nuevo tipo de capa aislante esencial para los dispositivos de desconexión. Como
longitudes de puerta retráctil de menos de 14 nanómetros, el aislante de
dióxido de silicio utilizado en los transistores convencionales no funcionan
correctamente y se dice que tiene "fugas" de carga eléctrica.
Una posible solución a este problema es reemplazar pérdidas del dióxido
de silicio con los materiales que tienen un valor más alto de aislamiento, o
"constante dieléctrica", como el dióxido de hafnio u óxido de aluminio.
En el nuevo trabajo, los investigadores aplicaron una capa dieléctrica
de óxido de aluminio utilizando un método llamado deposición de capas atómicas.
Debido a la deposición de capa atómica se utiliza comúnmente en la industria,
el nuevo diseño puede representar una solución práctica a los límites de
llegada de los transistores de silicio convencionales.
Utilizando deposición de capas atómicas podría permitir a los ingenieros
de diseño de transistores más delgados, reduciendo el consumo de electricidad mucho
menos que los dispositivos de silicio.
En una delgada capa dieléctrica: la velocidad sube y los requisitos de
voltaje bajan, señalo el prof. Ye.
El trabajo es financiado por la National Science Foundation y la Corporación
Semiconductor Research Este trabajo
implicó un diseño llamado FinFET, efecto de campo transistor, que utiliza una
estructura finlike en lugar de la forma plana convencional. El nuevo diseño
utiliza nanocables en lugar del diseño de la aleta.
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