Investigadores suizos han construido un transistor cuyo elemento crucial es un nanotubo de carbono, suspendido entre dos contactos, con excelentes propiedades electrónicas. Un nuevo enfoque de fabricación permitió a los científicos construir un transistor sin histéresis de puerta. Esto abre nuevas formas de fabricar nano-sensores y componentes que consumen poca energía.

Los límites de la microtecnología convencional, basado principalmente en silicio, han sido alcanzados. Solo se puede lograr más pequeño y mejor mediante el uso de nuevos materiales y tecnologías. Es por eso que la investigación espera grandes cosas de los nanotubos de carbono (CNT), túbulos ultra-diminutos de unos pocos nanómetros de diámetro, hecho de carbono puro.

Los CNT tienen una estructura notable, propiedades mecánicas y electrónicas. El grupo de investigación dirigido por Christofer Hierold, Profesor de Micro y Nanosistemas en ETH Zurich, tiene como objetivo utilizarlos en componentes nanoelectrónicos. Él y su grupo de investigación, en particular el estudiante de doctorado Matthias Muoth, ahora han logrado construir un transistor de efecto de campo sin histéresis basado en un CNT individual con nanocontactos metálicos. Los investigadores informaron esto recientemente en "Nature Nanotechnology".

Para construir el transistor, los investigadores permitieron que un solo CNT creciera entre dos puntas de polisilicio. Para un buen contacto eléctrico, depositaron al vapor metal paladio en los extremos del túbulo de una manera muy precisa. Los científicos incluyeron una cubierta deslizante, la máscara de sombra, para proteger la sección media del CNT de la metalización no deseada. Un sustrato de silicio, también recubierto de metal y colocado tres micrones por debajo del CNT, actuó como un terminal de control llamado puerta.

La fabricación exitosa del transistor con el CNT y la interfaz precisa de sus extremos con paladio no son los únicos aspectos decisivos para Christofer Hierold. Considera que el avance es el hecho de que el transistor no muestra lo que se llama histéresis de puerta. La histéresis está ausente incluso a una humedad atmosférica del 45 por ciento. Considera que esto es "un avance considerable para los componentes destinados a ser utilizados como sensores".

La histéresis representa propiedades no deseadas de un sistema electrónico. Por ejemplo, si el voltaje en la puerta de control del transistor aumenta y luego se reduce nuevamente, puede haber un cambio no deseado en el voltaje de umbral del transistor. Las propiedades del transistor en un punto de trabajo dependen de su historia, por ejemplo, en los voltajes de la puerta a los que se ha expuesto previamente. Estos cambios no deseados en el voltaje umbral también se originan por cargas que pueden quedar atrapadas en defectos en el CNT o en óxidos en su vecindad.

Tal histéresis no se observa y los investigadores consideran esto como un signo de una disposición de transistor particularmente de alta calidad con bajo defecto, CNT de alta pureza.

El nuevo componente abre interesantes posibilidades de aplicación para sensores y otros componentes nanoelectromecánicos. Por ejemplo, el transistor podría usarse en sensores de gas o galgas extensométricas de alta sensibilidad, y también en disposición de resonador como nanobalanza. Los transistores CNT también podrían ser muy útiles como filtros para recibir la frecuencia correcta en teléfonos móviles, ya que son más pequeños y consumen menos energía que los filtros de frecuencia convencionales. Esto implica el uso de excitación electromecánica para hacer que un CNT con una frecuencia característica vibre como una cuerda de guitarra. Todas las demás frecuencias, por otra parte, son incapaces de excitar el nanotubo. Según el profesor de ETH, "Se espera que estos filtros nanoelectromecánicos sean mejores que los puramente electrónicos". El dijo que, En todo caso, una gran ventaja de los nuevos componentes es su baja demanda de energía.

Hierold dice que la miniaturización del transistor aún no está completa. Solo el CNT como nanoestructura con un diámetro de uno a tres nanómetros y, como se muestra aquí, con longitudes de canal tan cortas como 30 nanómetros y posiblemente menos ha sido "miniaturizado". El profesor subraya que “seguimos utilizando tecnología convencional para estructurar las puntas y la máscara de sombra del nuevo componente”.

La nueva tecnología aún no ha progresado hasta el punto en que pronto reemplazará a los transistores del tipo que se usa en los chips de computadora actuales. Sin embargo, Hierold destaca que “ahora hemos creado un componente que nos permite dar un gran paso adelante, especialmente en tecnología de micro y nanosistemas, es decir, en el área de materiales funcionales integrados para sensores y actuadores ".