(PhysOrg.com) - Investigadores de la Universidad de Notre Dame y la Universidad Estatal de Pensilvania han anunciado avances en el desarrollo de transistores de efecto de campo de efecto túnel (TFET), una tecnología de semiconductores que aprovecha el peculiar comportamiento de los electrones a nivel cuántico.

Los transistores son los componentes básicos de los dispositivos electrónicos que impulsan el mundo digital, y gran parte del crecimiento de la potencia informática durante los últimos 40 años ha sido posible gracias al aumento del número de transistores que se pueden empaquetar en chips de silicio.

Pero ese crecimiento si se deja a la tecnología actual, pronto podría llegar a su fin.

Muchos en el campo de los semiconductores piensan que la industria se está acercando rápidamente a los límites físicos de la miniaturización de transistores. El principal problema de los transistores modernos es la fuga de energía que conduce a la generación de calor excesivo a partir de miles de millones de transistores en las proximidades.

Los avances recientes en Notre Dame y Penn State, que son socios del Midwest Institute for Nanoelectronics Discovery (MIND), muestran que los TFET están en camino de resolver estos problemas al ofrecer un rendimiento comparable a los transistores actuales. pero con una eficiencia energética mucho mayor.

Lo hacen aprovechando la capacidad de los electrones para "hacer un túnel" a través de los sólidos, un efecto que parecería mágico a escala humana pero es un comportamiento normal a nivel cuántico.

"En la actualidad, un transistor actúa como una presa con una puerta móvil", dice Alan Seabaugh, profesor de ingeniería eléctrica en Notre Dame y el director Frank M. Freimann de MIND. "La velocidad a la que fluye el agua, la corriente, depende de la altura de la puerta ".

"Con transistores de túnel, tenemos un nuevo tipo de puerta, una puerta por la que la corriente puede fluir en lugar de pasar. Ajustamos el grosor de la puerta eléctricamente para encender y apagar la corriente ".

"Los dispositivos de túnel de electrones tienen una larga historia de comercialización, "agrega Seabaugh, "Es muy probable que haya guardado más de mil millones de estos dispositivos en una unidad flash USB. El principio de túnel mecánico cuántico ya se utiliza para dispositivos de almacenamiento de datos".

Si bien los TFET aún no tienen la eficiencia energética de los transistores actuales, Los documentos publicados en diciembre de 2011 por Penn State y marzo de 2012 por Notre Dame demuestran mejoras récord en la corriente de transmisión de transistores de túnel, y se esperan más avances en el próximo año.

"Nuestros desarrollos se basan en encontrar la combinación correcta de materiales semiconductores con los que construir estos dispositivos, "dice Suman Datta, profesor de ingeniería eléctrica en Penn State University.

"Si tenemos éxito, el impacto será significativo en términos de circuitos integrados de baja potencia. Estas, Sucesivamente, plantear la posibilidad de circuitos autoalimentados que, junto con dispositivos de recolección de energía, podría permitir la supervisión activa de la salud, inteligencia Ambiental, y dispositivos médicos implantables ".

Otro beneficio de los transistores de túnel es que usarlos para reemplazar la tecnología existente no requeriría un cambio total en la industria de los semiconductores. Gran parte del diseño de circuitos y la infraestructura de fabricación existentes seguirían siendo los mismos.

"Una sólida investigación universitaria sobre dispositivos novedosos como los TFET es fundamental para continuar con el rápido ritmo de desarrollo tecnológico, "dijo Jeff Welser, director de la Iniciativa de Investigación en Nanoelectrónica. "Gran parte de la industria reconoce que se necesitarán colaboraciones tanto con la academia como con agencias gubernamentales para encontrar y desarrollar estos nuevos conceptos".

Otros dos socios en el centro MIND — Purdue University y The University of Texas en Dallas — han hecho contribuciones significativas al desarrollo de TFET a través del desarrollo de herramientas clave de modelado y análisis.