diciembre 07, 2011

Prometedores nuevos transistores 3-D para futuros chips, permitirán desarrollar portátiles más ligeros

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.

Fuente: Wikipedia
Este enfoque podría permitir a los ingenieros a construir más rápido, más compacto y eficiente, circuitos integrados y portátiles más ligeros que generen menos calor que los actuales. Los transistores contienen pequeños nanocables que no son de silicio, y que al igual que en los transistores convencionales, están hechos de una aleación de indio-galio-arsénico.

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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