A medida que los consumidores de todo el mundo se han vuelto cada vez más dependientes de la electrónica, el transistor, un componente semiconductor fundamental para el funcionamiento de estos dispositivos, se ha convertido en un tema crítico de la investigación científica. Durante las últimas décadas, Los científicos e ingenieros han podido reducir el tamaño medio del transistor y reducir drásticamente sus costes de producción. La generación actual de teléfonos inteligentes, por ejemplo, se basa en chips que cuentan cada uno con más de 3.300 millones de transistores.

La mayoría de los transistores están basados ​​en silicio y la tecnología del silicio ha impulsado la revolución informática. En algunas aplicaciones, sin embargo, el silicio tiene limitaciones importantes. Estos incluyen el uso en dispositivos electrónicos de alta potencia y en entornos hostiles como el motor de un automóvil o bajo bombardeo de rayos cósmicos en el espacio. Los dispositivos de silicio son propensos a fallar y fallar en entornos difíciles.

Abordar estos desafíos, Jiangwei Liu, del Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales de Japón, y sus colegas describen un nuevo trabajo sobre el desarrollo de transistores basados ​​en diamantes esta semana en la revista. Letras de física aplicada .

"Los transistores basados ​​en silicio a menudo sufren una gran pérdida de conmutación durante la transmisión de energía y fallan cuando se exponen a temperaturas o niveles de radiación extremadamente altos. ", Dijo Liu." Dada la importancia de desarrollar dispositivos que consuman menos energía y funcionen en condiciones difíciles, Ha habido mucho interés dentro de la comunidad científica en general en determinar una forma de construir transistores que utiliza diamantes manufacturados, que son un material muy duradero ".

Y con este mismo interés en mente, el equipo desarrolló un nuevo proceso de fabricación con diamantes, acercando la "electrónica endurecida" a la realización.

"Los diamantes fabricados tienen una serie de propiedades físicas que los hacen muy interesantes para los investigadores que trabajan con transistores, "dijo Yasuo Koide, profesor y científico principal del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales que dirige el grupo de investigación. "No solo son materiales físicamente duros, también conducen bien el calor, lo que significa que pueden soportar altos niveles de potencia y operar en temperaturas más altas. Además, pueden soportar voltajes mayores que los materiales semiconductores existentes antes de romperse ".

El grupo de investigación centró su trabajo en transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico en modo de mejora (MOSFET), un tipo de transistor que se usa comúnmente en electrónica. Una de las características distintivas de los transistores es la inclusión de un terminal aislado llamado "puerta" cuyo voltaje de entrada determina si el transistor conducirá electricidad o no.

"Uno de los desarrollos que hace que nuestro proceso de fabricación sea innovador es que depositamos el aislante de óxido de itrio (Y2O3) directamente sobre la superficie del diamante [para formar la puerta], "dijo Liu." Agregamos el óxido de itrio al diamante con una técnica conocida como evaporación por haz de electrones, que implica el uso de un haz de electrones para transformar moléculas de óxido de itrio del estado sólido al estado gaseoso para que puedan cubrirse una superficie y solidificarse sobre ella ".

Según Liu, El óxido de itrio tiene muchas cualidades deseables, incluyendo alta estabilidad térmica, fuerte afinidad por el oxígeno y la energía de banda ancha ancha, lo que contribuye a sus capacidades como aislante.

"Otra innovación fue que el óxido de itrio se depositó como una sola capa, "Dijo Liu." En nuestro trabajo anterior, hemos creado bicapas de óxido, pero una sola capa es atractiva porque es menos difícil y menos costosa de fabricar ".

Liu y sus colegas esperan perfeccionar su comprensión del movimiento de electrones a través del transistor de diamante con futuros proyectos de investigación.

"Trabajamos con un tipo de diamante manufacturado que tiene una capa de hidrógeno en su superficie. Uno de los desafíos importantes en el futuro será comprender el mecanismo de conducción de electrones a través de esta capa de carbono-hidrógeno, "dijo Liu.

"Por último, el objetivo de nuestro equipo es construir circuitos integrados con diamantes, "Dijo Koide." Con esto en mente, Esperamos que nuestro trabajo pueda respaldar el desarrollo de dispositivos energéticamente eficientes que puedan funcionar en condiciones de calor o radiación extremos ".