Miniaturizando implacablemente una tecnología informática anterior a la Segunda Guerra Mundial, y combinando esto con un material nuevo y duradero, Los investigadores de la Universidad Case Western Reserve han construido interruptores a nanoescala y puertas lógicas que operan con mayor eficiencia energética que las que ahora utilizan los miles de millones de computadoras. tabletas y teléfonos inteligentes.

Los interruptores electromecánicos eran los componentes básicos de la electrónica antes de que se desarrollara el transistor de estado sólido durante la guerra. Una versión hecha de carburo de silicio, en la más pequeña de las escalas, se enciende y apaga como un interruptor de luz, y sin ninguna de las fugas de corriente que desperdician energía que afectan a los dispositivos electrónicos más pequeños de la actualidad.

Los científicos informan hoy sobre sus hallazgos en la Reunión Internacional de Dispositivos Electrónicos en Washington D.C.

La parte móvil del pequeño interruptor tiene solo un micrón cúbico de volumen, más de mil veces más pequeño que los dispositivos fabricados en los sistemas microelectromecánicos convencionales (MEMS) de la actualidad. Por lo tanto, este interruptor puede moverse mucho más rápido y es mucho más ligero.

El interruptor también ha demostrado ser duradero, operando durante más de 10 millones de ciclos en el aire, a temperatura ambiente y altas temperaturas sin pérdida de rendimiento, mucho más tiempo que la mayoría de los otros candidatos para un interruptor sin fugas.

Tal tolerancia puede permitir a los fabricantes de productos electrónicos construir una computadora que funcione dentro del intenso calor de un reactor nuclear o un motor a reacción. Los transistores de silicio comienzan a deteriorarse alrededor de los 250 grados Celsius (480 grados Fahrenheit). Las pruebas han demostrado que los interruptores de carburo de silicio funcionan a más de 500 grados Celsius (930 grados Fahrenheit).

El desarrollo es significativo porque los dispositivos de conmutación están en el corazón de las tecnologías de la computación y las comunicaciones.

"En nuestros bolsillos y mochilas, Hoy en día, a menudo llevamos dispositivos móviles que constan de miles de millones de estos bloques de construcción, que se encienden y apagan para realizar las funciones de procesamiento de información, "explicó Philip Feng, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Case Western Reserve y líder del proyecto.

Transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico a base de silicio, llamados MOSFET, son los dispositivos de conmutación dominantes en los circuitos integrados y han dado lugar a muchas tecnologías extraordinarias que se disfrutan en la actualidad, Dijo Feng. Pero la miniaturización continua de los MOSFET de silicio durante las últimas décadas se ha ralentizado recientemente, dado que el consumo de energía y la disipación de calor se han convertido en desafíos importantes.

Se pierde energía y se genera calor porque los MOFSET a nanoescala se filtran como un grifo viejo. Los electrones continúan viajando a través de un interruptor que está apagado.

"Los interruptores de silicio tienen una fuga de energía de entre 1 y 10 nanovatios cada uno, ", Dijo Feng." Cuando tienes mil millones de estos en un chip de computadora, está perdiendo unos pocos a decenas de vatios de potencia. Eso consumirá la batería que llevas, incluso cuando los transistores no realizan funciones informáticas de forma activa ".

Los grandes centros de datos no solo están desperdiciando esa energía, están pagando los costos de refrigeración para evitar que las computadoras se sobrecalienten.

Tina He, Estudiante de doctorado del profesor Feng en ingeniería eléctrica e informática en la Case School of Engineering, proporcionará detalles sobre cómo hacer y probar los interruptores en su presentación, Interruptores nanoelectromecánicos y puertas lógicas de carburo de silicio (SiC) con ciclos largos y rendimiento robusto en aire ambiente y alta temperatura, en el encuentro internacional. Está programada para hablar en la sesión "Tecnología de nano dispositivos - Dispositivos de pendiente pronunciada" a las 3:40 p.m. (Hora del este de EE. UU.), Lunes, 9 de diciembre.

El equipo de investigación ha realizado tres terminales, interruptores controlados por puertas y diferentes tipos de puertas lógicas:elementos fundamentales utilizados en la informática y las comunicaciones.

"En comparación con el silicio y otros materiales comunes, El SiC es bastante especial porque es mucho más resistente a la oxidación, a los contaminantes químicos y al desgaste, "Esas propiedades deberían prestarse a dispositivos con un rendimiento más robusto mientras los protegen de entornos operativos hostiles", dijo Feng.