Por décadas, los transistores de nuestros microchips se han vuelto más pequeños, más rápido y más barato. Aproximadamente cada dos años, el número de transistores en chips comerciales se ha duplicado; este fenómeno se conoció como "Ley de Moore". Pero desde hace varios años, La ley de Moore ya no es válida. La miniaturización ha llegado a un límite natural, ya que surgen problemas completamente nuevos cuando se aborda una escala de longitud de sólo unos pocos nanómetros.

Ahora, sin embargo, el próximo gran paso de miniaturización pronto podría ser posible, con los llamados "materiales bidimensionales (2-D)" que pueden consistir en una sola capa atómica. Con la ayuda de un novedoso aislante hecho de fluoruro de calcio, Los científicos de TU Wien (Viena) han creado un transistor ultradelgado, que tiene excelentes propiedades eléctricas y, a diferencia de las tecnologías anteriores, se puede miniaturizar a un tamaño extremadamente pequeño. La nueva tecnología ahora se ha presentado en la revista Electrónica de la naturaleza .

Semiconductores y aislantes ultrafinos

La investigación sobre los materiales semiconductores necesarios para fabricar transistores ha experimentado un progreso significativo en los últimos años. Hoy dia, Los semiconductores ultradelgados pueden estar hechos de materiales 2-D, que consta de solo unas pocas capas atómicas. "Pero esto no es suficiente para construir un transistor extremadamente pequeño, ", dice el profesor Tibor Grasser del Instituto de Microelectrónica de TU Wien." Además del semiconductor ultradelgado, también necesitamos un aislante ultrafino ".

Esto se debe a la estructura de diseño fundamental de un transistor:la corriente puede fluir de un lado del transistor al otro, pero solo si se aplica un voltaje en el medio, creando un campo eléctrico. El electrodo que proporciona este campo debe estar aislado eléctricamente del propio semiconductor. "Ya ha habido experimentos de transistores con semiconductores ultradelgados, pero hasta ahora estaban acoplados con aisladores ordinarios, ", dice Tibor Grasser." No hay mucho beneficio en reducir el grosor del semiconductor cuando todavía tiene que combinarse con una capa gruesa de material aislante. No hay forma de miniaturizar más tal transistor. También, a escalas de longitud muy pequeñas, la superficie del aislante resultó perturbar las propiedades electrónicas del semiconductor ".

Por lo tanto, Yury Illarionov, un postdoctorado en el equipo de Tibor Grasser, probé un enfoque novedoso. Usó materiales 2-D ultradelgados no solo para la parte semiconductora del transistor, pero también para la parte aislante. Al seleccionar materiales aislantes ultrafinos como cristales iónicos, se puede construir un transistor con un tamaño de solo unos pocos nanómetros. Las propiedades electrónicas se mejoran porque los cristales iónicos pueden tener una superficie perfectamente regular, sin que un solo átomo sobresalga de la superficie, lo que podría perturbar el campo eléctrico. "Los materiales convencionales tienen enlaces covalentes en la tercera dimensión:átomos que se acoplan a los materiales vecinos arriba y abajo, "explica Tibor Grasser." Este no es el caso en materiales 2-D y cristales iónicos, y así no interfieren con las propiedades eléctricas del semiconductor ".

El prototipo es un campeón del mundo

Para producir el nuevo transistor ultrafino, Se seleccionó fluoruro de calcio como material aislante. La capa de fluoruro de calcio se produjo en el Instituto Ioffe en San Petersburgo, donde el primer autor de la publicación, Yury Illarionov, es originario de antes de unirse al equipo en Viena. El transistor en sí fue luego fabricado por el equipo del profesor Thomas Müller en el Instituto de Fotónica de TU Wien y analizado en el Instituto de Microelectrónica.

El primer prototipo ya superó todas las expectativas:"Durante años, hemos recibido bastantes transistores diferentes para investigar sus propiedades técnicas, pero nunca hemos visto nada como nuestro transistor con el aislante de fluoruro de calcio, ", dice Tibor Grasser." El prototipo con sus propiedades eléctricas superiores eclipsa a todos los modelos anteriores ".

Ahora el equipo quiere averiguar qué combinaciones de aisladores y semiconductores funcionan mejor. Pueden pasar algunos años más antes de que la tecnología se pueda utilizar para chips informáticos disponibles comercialmente, ya que los procesos de fabricación de las capas de material aún deben mejorarse. "En general, sin embargo, No cabe duda de que los transistores fabricados con materiales 2-D son una opción muy interesante para el futuro, "dice Tibor Grasser." Desde un punto de vista científico, Está claro que los fluoruros que acabamos de probar son actualmente la mejor solución para el problema del aislante. Ahora, sólo quedan por responder algunas cuestiones técnicas. "

Este nuevo tipo de transistor más pequeño y más rápido debería permitir a la industria informática dar el siguiente gran paso. De esta manera, La ley de Moore de aumentar exponencialmente la potencia de las computadoras pronto podría volver a cobrar vida.