Con el advenimiento de los transistores semiconductores, inventados en 1947 como reemplazo de tubos de vacío voluminosos e ineficientes, ha surgido la demanda constante de tecnologías más eficientes desde el punto de vista energético. Para llenar esta necesidad Los investigadores de la Universidad de Pittsburgh están proponiendo un nuevo giro en un método antiguo:un cambio del uso de la electrónica de silicio a vacíos como medio para el transporte de electrones, lo que muestra un cambio de paradigma significativo en la electrónica. Sus hallazgos se publicaron en línea en Nanotecnología de la naturaleza 1 de julio.
Durante los últimos 40 años, la cantidad de transistores colocados en placas de circuitos integrados en dispositivos como computadoras y teléfonos inteligentes se ha duplicado cada dos años, produciendo máquinas más rápidas y eficientes. Este efecto de duplicación, comúnmente conocida como "Ley de Moore, "ocurrió por la capacidad de los científicos para reducir continuamente el tamaño del transistor, produciendo así chips de computadora con un mejor rendimiento en todos los aspectos. Sin embargo, a medida que los tamaños de los transistores se han acercado a escalas nanométricas más bajas, se ha vuelto cada vez más difícil y costoso ampliar aún más la Ley de Moore.
"Las barreras físicas impiden que los científicos logren una electrónica más eficiente, "dijo Hong Koo Kim, investigador principal del proyecto y profesor Bell of Pennsylvania / Bell Atlantic en la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh. "Trabajamos para resolver ese obstáculo investigando los transistores y su predecesor:el vacío".
El límite máximo de la velocidad del transistor, dice Kim, está determinado por el "tiempo de tránsito de los electrones, "o el tiempo que tarda un electrón en viajar de un dispositivo a otro. Los electrones que viajan dentro de un dispositivo semiconductor con frecuencia experimentan colisiones o dispersión en el medio de estado sólido. Kim compara esto con conducir un vehículo en una carretera con baches; los automóviles no pueden acelerar mucho. Del mismo modo, la energía electrónica necesaria para producir componentes electrónicos más rápidos se ve obstaculizada.
"La mejor manera de evitar esta dispersión, o embotellamiento, sería no utilizar ningún medio, como el vacío o el aire en un espacio a escala nanométrica, ", dijo Kim." Piense en ello como un avión en el cielo que crea un viaje sin obstáculos a su destino ".
Sin embargo, dice Kim, Los dispositivos electrónicos de vacío convencionales requieren alto voltaje, y no son compatibles con muchas aplicaciones. Por lo tanto, su equipo decidió rediseñar la estructura del dispositivo electrónico de vacío por completo. Con la ayuda de Siwapon Srisonphan, un candidato a PhD Pitt, y Yun Suk Jung, becario postdoctoral Pitt en ingeniería eléctrica e informática, Kim y su equipo descubrieron que los electrones atrapados dentro de un semiconductor en la interfaz con una capa de óxido o metal se pueden extraer fácilmente al aire. Los electrones alojados en la interfaz forman una hoja de cargas, llamado gas de electrones bidimensionales. Kim descubrió que la repulsión de Coulombic (la interacción entre partículas cargadas eléctricamente) en la capa de electrones permite la fácil emisión de electrones a partir del silicio. El equipo extrajo electrones de la estructura de silicio de manera eficiente aplicando una cantidad insignificante de voltaje y luego los colocó en el aire. permitiéndoles viajar balísticamente en un canal de escala nanométrica sin colisiones o dispersión.
"La emisión de este sistema de electrones en canales de vacío podría permitir una nueva clase de baja potencia, transistores de alta velocidad, y también es compatible con la electrónica de silicio actual, complementando esa electrónica agregando nuevas funciones que son más rápidas y más eficientes energéticamente debido al bajo voltaje, "dijo Kim.
Con este hallazgo, él dice, existe la posibilidad de que vuelva el concepto de transistor de vacío, pero de una manera fundamentalmente diferente y mejorada.
