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Un nuevo transistor reta al silicio

Investigadores del MIT liderados por un español crean el transistor de arseniuro de indio y galio más pequeño. Su mayor limitación es la relativa escasez de los elementos que lo componen

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En este corte transversal se puede ver la estructura del transistor. La V invertida es la puerta, que separa dos contactos de molibdeno que actúan como fuente y drenador. / MIT

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Sin el silicio, la reciente historia no habría sido la misma. Este material y sus especiales cualidades como semiconductor han hecho posibles la informática, las telecomunicaciones, los móviles e internet tal y como los conocemos. Tanto se le debe a este metaloide que algunos han llamado a los tiempos que vivimos la Era del Silicio. Sin embargo, un nuevo compuesto llega ahora a retarle: el arseniuro de indio y galio. Usado ya en la fibra óptica y radares, un equipo del MIT liderado por un español ha logrado fabricar el transistor más pequeño jamás construido con este material. Podría ser el inicio de una segunda revolución tecnológica.

Con los microchips de silicio, se inició la miniaturización de los transistores. El proceso ha venido siguiendo la ley de Moore, que establece que cada 24 meses se duplica el número de transistores que caben en un circuito integrado. Este empequeñecimiento acelerado ha tenido la consecuencia del aumento de las prestaciones de los chips casi en la misma proporción en la que bajaban los precios de los productos que los contienen. Sin embargo, en los últimos años, el silicio empezaba a mostrar signos de agotamiento. Cada vez le costaba más seguir la ley de Moore. Si se seguía reduciendo su tamaño, su capacidad de conducir la electricidad empezaría a verse comprometida y con ella su cualidad como semiconductor.

El arsénico, el indio y el galio son escasos si se los compara con el silicio, el segundo elemento más abundante del planeta

“Los transistores modernos tienen una dimensión de puerta de alrededor de 30 nanómetros [o nm, la milmillonésima parte de un metro]“, dice el profesor del departamento de ingeniería eléctrica e informática del MIT, Jesús del Álamo. Este español, junto a dos de sus estudiantes de posgrado, han conseguido reducir la longitud de este elemento, el más crítico del transistor,  a 22 nm y confían en llegar hasta los 10 nm. Con esta reducción del tamaño de los transistores, el cumplimiento de la ley de Moore estaría garantizado por varias décadas más.

A pesar de su microscópico tamaño, su transistor de efecto de campo con estructura metal-óxido-semiconductor (o MOSFET, por su acrónimo en inglés) ofrece al menos las mismas cualidades lógicas que los de silicio. “Lo mejor es pensar en un transistor como si fuera un interruptor. Cuando está abierto quieres que pase una cantidad de corriente residual muy pequeña. Cuando está cerrado, quieres que pase mucha corriente. Al mismo tiempo necesitas que el voltaje necesario para conmutar entre estos dos estados sea muy pequeño”, explica DelÁlamo. Junto a sus dimensiones, esas son las características lógicas que hacen de su transistor un serio rival para los transistores de silicio.

Corriente de electrones

Los transistores están formados por tres electrodos: la puerta, la fuente y el drenador, donde la primera se encarga de controlar la corriente de electrones entre los otros dos. La clave en el proceso de miniaturización que permitió el silicio y que este nuevo transistor del MIT promete alargar es conseguir la precisión necesaria para que los tres elementos estén muy juntos, algo que se lleva mal con la operación de materiales a escala nanométrica. Sin embargo, el equipo de Del Álamo ha conseguido que la puerta se alinee automáticamente entre los otros dos electrodos.

Sin embargo, aún quedan retos por superar para que el transistor de arseniuro de indio galio destrone a los de silicio. “Muchos aspectos de la tecnología son todavía inmaduros”, aclara del Álamo. Uno de los problemas más serios es el de usar el silicio como sustrato de esta tecnología. “El sustrato natural es InP [fosfuro de indio] pero hay que utilizar silicio por razones de coste”, explica. El arsénico, el indio y el galio, los tres elementos que lo forman, son escasos si se los compara con el silicio, el segundo más abundante del planeta. También tienen que mejorar el rendimiento eléctrico y, por tanto, la velocidad eliminando la resistencia que aún presenta el transistor.

Pero Del Álamo cree que podría sustituir al silicio en la producción masiva de transistores. “La visión en este momento es que quedarán algunos transistores de silicio para funciones especializadas”, opina. Y ¿qué pasa con el grafeno? Para el profesor español, este material, al que muchos han confiado el destino de la tecnología, está aún en una fase muy experimental y le quedan años. ”Además, como transistor para operaciones lógicas [on/off, base del sistema binario de ceros y unos] no está claro que se pueda utilizar”.

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