A medida que ingresamos al mundo inalámbrico de 5G, comunicaciones en la banda de ondas milimétricas (es decir, de 30 a 300 GHz) será cada vez más importante, particularmente para aplicaciones de transferencia de datos inalámbricas de alta velocidad. El problema es que a estas pequeñas longitudes de onda, la intensidad de la señal en el circuito se degrada rápidamente, requiriendo así que el circuito esté altamente integrado en la huella más pequeña posible. Para implementar esto de la mejor manera, La tecnología de transistores de alta frecuencia debe ser compatible con la tecnología de caballo de batalla de la electrónica digital:semiconductores complementarios de óxido de metal (CMOS).

Estudios recientes han sugerido que los transistores hechos de nanotubos de carbono alineados podrían conducir a un mejor rendimiento en dispositivos inalámbricos que los semiconductores III-V de uso común. Esto se debe principalmente a su amplificación de señal altamente lineal y su mejor compatibilidad con los circuitos CMOS.

Teniendo esto en cuenta, investigadores de Carbonics Inc., una empresa de electrónica de semiconductores con sede en Los Ángeles, Recientemente han desarrollado un nuevo tipo de transistor hecho de nanotubos de carbono alineados. Este nuevo transistor, presentado en un artículo publicado en Electrónica de la naturaleza , opera a frecuencias de gigahercios y es más fácil de integrar con la tecnología CMOS que la mayoría de los transistores existentes.

"Durante mis estudios de posgrado, Trabajé con el profesor Peter Burke en UC Irvine (uno de los portadores de antorchas originales de la tecnología) investigando aplicaciones de radiofrecuencia para nanotubos de carbono, "Christopher Rutherglen, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "Después de la graduación, Continué el esfuerzo en una empresa llamada Aneeve LLC, donde el foco estaba en hacer transistores de alta frecuencia usando nanotubos de carbono, utilizando licencias de propiedad intelectual (IP) del grupo del profesor Chongwu Zhou en la USC ".

En 2014, Aneeve LLC, la empresa donde trabajaba Rutherglen, se reincorporó como Carbonics Inc. después de recibir una importante financiación de capital de riesgo. Desde entonces, la compañía ha estado tratando de desarrollar y, en última instancia, comercializar transistores de nanotubos de carbono de alta frecuencia. Los resultados, publicado recientemente en Electrónica de la naturaleza , son un avance significativo tanto para Carbonics Inc. como para la evolución general de este tipo particular de transistor.

La diferencia clave entre los transistores de alta frecuencia desarrollados por Rutherglen y sus colegas y las tecnologías existentes comparables es que los primeros están hechos de miles de nanotubos de carbono alineados en lugar de materiales de Si o III-V de mayor dimensión. Una ventaja importante de los nanotubos de carbono es que son materiales unidimensionales, y así tener características de transporte superiores.

"Por ejemplo, como los electrones se transportan a través de cualquier material, hay una tendencia a que se dispersen o colisionen a lo largo de su trayectoria de viaje, que en última instancia reduce la velocidad del dispositivo en general, ", Explicó Rutherglen." En materiales unidimensionales como los nanotubos de carbono, los electrones pueden viajar distancias mucho más largas antes de dispersarse porque hay menos estados disponibles en los que el electrón puede dispersarse. En pocas palabras:no se puede esparcir hacia arriba o hacia abajo, derecha o izquierda, porque no existen tales estados en materiales 1-D ".

Una ventaja adicional de los nanotubos de carbono en los transistores es que se pueden aplicar a una amplia variedad de sustratos utilizando un método simple de recubrimiento de superficies. Esta característica facilita su integración con CMOS y otras tecnologías de semiconductores, ya que facilita su combinación con otros materiales.

"Durante casi dos décadas, Los transistores de alta frecuencia basados ​​en nanotubos de carbono han sido promocionados como una tecnología revolucionaria. ", Dijo Rutherglen." Sin embargo, las expectativas infladas en esos primeros días no se cumplieron, dejando que muchos descarten posteriormente los méritos de la tecnología y sigan adelante. Como se informó en nuestro artículo, hemos demostrado por primera vez que la tecnología de transistores de alta frecuencia con nanotubos de carbono puede ofrecer un rendimiento de dispositivo líder en métricas clave ".

El estudio realizado por Rutherglen y sus colegas abre nuevas posibilidades para el desarrollo de transistores más fáciles de integrar con circuitos CMOS. Sus hallazgos también sugieren que el rendimiento de los transistores podría incrementarse aún más al abordar algunos de los desafíos conocidos asociados con el desarrollo de este tipo de tecnología.

En el futuro, los resultados recopilados por este equipo de investigadores podrían impulsar cambios en la industria de los semiconductores, alentar a los fabricantes de productos electrónicos a reevaluar el diseño y la estructura de los transistores existentes. Para llevar los transistores de nanotubos de carbono alineados de una etapa de prototipo al mercado masivo, sin embargo, la tecnología aún necesitará recibir inversiones de cientos de millones de dólares.

"Nuestro siguiente paso es continuar mejorando los resultados obtenidos y trabajar con socios de la industria para promover la tecnología, ", Dijo Rutherglen." Actualmente estamos comprometidos en asociaciones de transferencia de tecnología y licencias con participantes de la industria ".

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