La ropa estirada puede no ser una buena práctica para el día de lavado, pero en el caso de la fabricación de microprocesadores, estirar la estructura atómica del silicio en los componentes críticos de un dispositivo puede ser una buena forma de aumentar el rendimiento de un circuito.

Crear semiconductores "estirados" con espacios más grandes entre átomos de silicio, comúnmente conocido como "silicio tensado, "permite que los electrones se muevan más fácilmente a través del material. Históricamente, la industria de los semiconductores ha utilizado silicio tensado para exprimir un poco más la eficiencia y el rendimiento de los microprocesadores convencionales que alimentan las computadoras de escritorio y portátiles que usamos todos los días.

Sin embargo, La incapacidad de los fabricantes para introducir silicio tensado en la electrónica flexible ha limitado su velocidad y potencia teóricas a, a lo sumo, aproximadamente 15 gigahercios. Gracias a un nuevo proceso de producción iniciado por ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison, esa tapa podría levantarse.

"Este nuevo diseño sigue siendo bastante conservador, "dice Zhenqiang (Jack) Ma, profesor de ingeniería eléctrica e informática. "Si fuéramos más agresivos, podría alcanzar hasta 30 o 40 gigahercios, fácilmente."

Ma y sus colaboradores informaron sobre su nuevo proceso en Informes científicos de la naturaleza el 18 de febrero 2013.

Ma se esforzó por abordar la paradoja de tensar y dopar la electrónica de silicio construida sobre un sustrato flexible. El proceso de tensión es similar a estirar una camiseta:los investigadores colocan una capa de silicio sobre una capa de aleación de germanio de silicio atómicamente más grande, que estira el silicio y obliga a ensanchar los espacios entre los átomos. Esto permite que los electrones fluyan entre los átomos con mayor libertad, moverse a través del material con facilidad, al igual que una camiseta estirada sobre un chupete tendrá más espacio entre los hilos, permitiéndole respirar.

El problema surge durante el proceso de dopaje. Este paso necesario en la fabricación de semiconductores introduce impurezas que proporcionan electrones que finalmente fluyen a través del circuito. Dopar una hoja independiente de silicona tensa es como planchar una calcomanía en una camiseta estirada. Así como un diseño planchado se agrieta y se dobla cuando la camiseta está estirada y sin estirar, el acto de dopaje distorsiona la lámina de silicona flexible independiente, limitando su estabilidad y utilidad como material para circuitos integrados.

"Necesitábamos dopar este material de manera que la estructura de celosía interna no se distorsionara, permitiendo el silicio tenso y dopado, "dice mamá.

La solución es similar a teñir un patrón en la tela de una camisa, en lugar de plancharlo después del hecho. Ma y sus colaboradores de UW-Madison:Max Lagally, el profesor Erwin W. Mueller y profesor de Bascom de ciencia de superficies y ciencia e ingeniería de materiales; y Paul Voyles, un profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales, han desarrollado un proceso mediante el cual dopan una capa de silicio, luego crezca una capa de silicio germanio sobre el silicio, luego crezca una capa final de silicio sobre eso. Ahora, el patrón de dopaje se extiende junto con el silicio.

"La estructura se mantiene, y el dopaje sigue ahí, "dice mamá.

Los investigadores llaman a la nueva estructura una "estructura de compartición restringida". Ma cree que el uso del material para diseñar circuitos flexibles de próxima generación producirá componentes electrónicos flexibles que ofrecerán velocidades de reloj mucho más altas a una fracción del costo de la energía.

El siguiente paso será realizar procesadores, amplificadores de radiofrecuencia, y otros componentes que se beneficiarían de estar construidos con materiales flexibles, pero anteriormente habían requerido procesadores más avanzados para ser factibles. "Podemos seguir aumentando la velocidad y refinando el uso de los chips en una amplia gama de componentes, "dice mamá". En este punto, el único límite es el equipo de litografía utilizado para fabricar los dispositivos de alta velocidad ".