El dispositivo de grafeno del equipo, cultivado en un chip de sustrato de carburo de silicio
Instituto de Tecnología de Georgia
Por primera vez se ha creado un semiconductor funcional y escalable a partir de grafeno, lo que podría allanar el camino para un nuevo tipo de computadora con mayor velocidad y eficiencia que los chips de silicio actuales.
El grafeno es un material elaborado a partir de una sola capa de átomos de carbono que es más resistente que el acero con espesores comparables. Es un excelente conductor eléctrico y es muy resistente al calor y a los ácidos. Pero a pesar de sus ventajas, un semiconductor de grafeno funcional, que puede controlarse para conducir o aislar la electricidad a voluntad, ha eludido a los científicos. Estos semiconductores son clave para crear los chips lógicos que alimentan ordenadores.
El problema ha sido la falta de lo que se conoce como banda prohibida. Los semiconductores tienen bandas de energías más altas y más bajas y un punto (la banda prohibida) en el que los electrones excitados pueden saltar de uno a otro. Esto permite efectivamente encender y apagar el flujo de corriente, por lo que es conductora o no conductora, creando el sistema binario de ceros y unos que se usa en las computadoras digitales.
Si bien investigaciones anteriores han demostrado que se puede hacer que el grafeno actúe como un semiconductor a pequeña escala, nunca se había ampliado a tamaños que hicieran práctico un chip de computadora. Trabajos anteriores han demostrado que las arrugas, cúpulas y agujeros en las láminas de grafeno pueden tener efectos inusuales en el flujo eléctrico, creando la posibilidad de que Se podrían crear chips lógicos creando el panorama adecuado de defectos. Pero hasta la fecha nada ha aumentado.
Ahora, Walter de Heer en Georgia Tech en Atlanta y sus colegas han creado grafeno con banda prohibida e incluso demostraron un transistor en funcionamiento, un interruptor de encendido/apagado que impide o permite que la corriente fluya a través de él. Su proceso debería ser más propicio para la ampliación porque se basa en técnicas similares a las utilizadas para crear chips de silicio.
El grupo de De Heer utilizó obleas de carburo de silicio que se calentaron, lo que obligó al silicio a evaporarse antes que el carbono, dejando efectivamente una capa de grafeno encima. De Heer no estaba disponible para una entrevista en el momento de escribir este artículo, pero dijo en un comunicado que Las propiedades eléctricas de un semiconductor de grafeno eran mucho mejores que las de los chips de silicio. “Es como conducir por un camino de grava versus conducir por una autopista”, dijo.
Los chips de silicio son baratos de fabricar y están respaldados por una enorme infraestructura de fabricación a nivel mundial, pero estamos alcanzando los límites de lo que estos chips pueden hacer. La ley de Moore establece que el número de transistores en un circuito se duplicará aproximadamente cada dos años, pero el ritmo de miniaturización se ha desacelerado en los últimos años a medida que los ingenieros alcanzan densidades de circuitos más allá de las cuales los electrones no pueden controlarse de manera confiable. Los circuitos de grafeno podrían revitalizar el progreso, pero persisten obstáculos.
“El hecho de que estén usando obleas es importante porque es realmente escalable”, dice David Carey en la Universidad de Surrey, Reino Unido. “Se puede utilizar toda la tecnología con la que toda la industria de semiconductores se siente totalmente cómoda para ampliar este proceso”.
Pero Carey se muestra escéptico en cuanto a que este desarrollo signifique que el mundo pronto cambiará del silicio a los chips de grafeno, tanto porque la nueva investigación necesita mucho refinamiento en términos de tamaño, calidad y técnicas de fabricación de los transistores, como porque el silicio tiene una gran ventaja.
“La mayoría de las personas que trabajan con silicio son bombardeadas a diario por nuevos y maravillosos materiales que están a punto de reemplazarlo y nada de eso ha sucedido nunca”, dice. “Si eres una persona de silicio, estás felizmente sentado en la cima de la montaña. La idea de que voy a reemplazar mi computadora portátil con grafeno aún no está concretada”.
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