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  • Una capa delgada de germanio puede reemplazar al silicio en los semiconductores

    El elemento germanio en su estado natural. Investigadores de la Universidad Estatal de Ohio han desarrollado una técnica para fabricar láminas de germanio de un átomo de espesor para su eventual uso en electrónica. Crédito:Joshua Goldberger, La Universidad Estatal de Ohio

    (Phys.org) —El mismo material que formó los primeros transistores primitivos hace más de 60 años se puede modificar de una nueva manera para hacer avanzar la electrónica del futuro, según un nuevo estudio.

    Los químicos de la Universidad Estatal de Ohio han desarrollado la tecnología para hacer una hoja de germanio de un átomo de espesor, y descubrió que conduce electrones diez veces más rápido que el silicio y cinco veces más rápido que el germanio convencional.

    La estructura del material está estrechamente relacionada con la del grafeno, un material bidimensional muy promocionado compuesto por capas individuales de átomos de carbono. Como tal, el grafeno muestra propiedades únicas en comparación con su contraparte multicapa más común, grafito. El grafeno aún no se ha utilizado comercialmente, pero los expertos han sugerido que algún día podría formar chips de computadora más rápidos, y tal vez incluso funcionar como superconductor, muchos laboratorios están trabajando para desarrollarlo.

    Joshua Goldberger, profesor asistente de química en el estado de Ohio, decidió tomar una dirección diferente y centrarse en materiales más tradicionales.

    "La mayoría de la gente piensa en el grafeno como el material electrónico del futuro, "Dijo Goldberger." Pero el silicio y el germanio siguen siendo los materiales del presente. Se han invertido sesenta años de capacidad intelectual en el desarrollo de técnicas para hacer chips con ellos. Por eso hemos estado buscando formas únicas de silicio y germanio con propiedades ventajosas, para obtener los beneficios de un nuevo material pero con menor costo y utilizando la tecnología existente ".

    En un artículo publicado en línea en la revista ACS Nano , él y sus colegas describen cómo pudieron crear un establo, capa única de átomos de germanio. Ene sta forma, el material cristalino se llama germanano.

    Los investigadores han intentado crear germanane antes. Esta es la primera vez que alguien ha logrado cultivar cantidades suficientes para medir las propiedades del material en detalle. y demostrar que es estable cuando se expone al aire y al agua.

    En naturaleza, el germanio tiende a formar cristales multicapa en los que cada capa atómica está unida; la capa de un solo átomo es normalmente inestable. Para solucionar este problema, El equipo de Goldberger creó cristales de germanio de varias capas con átomos de calcio encajados entre las capas. Luego disolvieron el calcio con agua, y taponó los enlaces químicos vacíos que quedaron atrás con hidrógeno. El resultado:pudieron despegar capas individuales de germanane.

    Tachonado de átomos de hidrógeno, El germanano es incluso más estable químicamente que el silicio tradicional. No se oxida en el aire ni en el agua. como lo hace el silicio. Eso hace que sea fácil trabajar con germanane utilizando técnicas convencionales de fabricación de chips.

    Lo principal que hace que el germanano sea deseable para la optoelectrónica es que tiene lo que los científicos llaman una "banda prohibida directa". "lo que significa que la luz se absorbe o emite fácilmente. Los materiales como el silicio convencional y el germanio tienen espacios de banda indirectos, lo que significa que es mucho más difícil para el material absorber o emitir luz.

    "Cuando intentas utilizar un material con una banda prohibida indirecta en una celda solar, tienes que hacerlo bastante grueso si quieres que pase suficiente energía para que sea útil. Un material con una banda prohibida directa puede hacer el mismo trabajo con una pieza de material 100 veces más delgada, "Dijo Goldberger.

    Los primeros transistores se fabricaron a partir de germanio a fines de la década de 1940, y eran del tamaño de una miniatura. Aunque los transistores se han vuelto microscópicos desde entonces, con millones de ellos empaquetados en cada chip de computadora, el germanio todavía tiene potencial para hacer avanzar la electrónica, el estudio mostró.

    Según los cálculos de los investigadores, los electrones pueden moverse a través del germanano diez veces más rápido a través del silicio, y cinco veces más rápido que con el germanio convencional. La medición de la velocidad se llama movilidad de electrones.

    Con su alta movilidad, El germanane podría, por lo tanto, soportar el aumento de la carga en futuros chips de computadora de alta potencia.

    "La movilidad es importante, porque los chips de computadora más rápidos solo se pueden fabricar con materiales de movilidad más rápida, "Dijo Golberger." Cuando reduces los transistores a escalas pequeñas, necesita usar materiales de mayor movilidad o los transistores simplemente no funcionarán, "Explicó Goldberger.

    Próximo, el equipo va a explorar cómo ajustar las propiedades del germanano cambiando la configuración de los átomos en la capa única.


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