Los cient\u00edficos de Forschungszentrum J\u00fclich han fabricado un nuevo tipo de transistor a partir de una aleaci\u00f3n de germanio y esta\u00f1o que tiene varias ventajas sobre los elementos de conmutaci\u00f3n convencionales. Los portadores de carga pueden moverse m\u00e1s r\u00e1pido en el material que en el silicio o el germanio, lo que permite voltajes m\u00e1s bajos en funcionamiento. Por lo tanto, el transistor parece ser un candidato prometedor para futuros chips de bajo consumo y alto rendimiento, y posiblemente tambi\u00e9n para el desarrollo de futuras computadoras cu\u00e1nticas.<\/p>\n\n\n\n
Durante los \u00faltimos 70 a\u00f1os, la cantidad de transistores en un chip se ha duplicado aproximadamente cada dos a\u00f1os, seg\u00fan la Ley de Moore, que sigue siendo v\u00e1lida en la actualidad. Los circuitos se han vuelto correspondientemente m\u00e1s peque\u00f1os, pero parece que se vislumbra el fin de este desarrollo.<\/p>\n\n\n\n
“Hemos llegado a una etapa en la que las estructuras tienen un tama\u00f1o de solo 2 a 3 nan\u00f3metros. Esto es aproximadamente igual al di\u00e1metro de 10 \u00e1tomos, lo que nos lleva a los l\u00edmites de lo que es factible. No puede ser mucho m\u00e1s peque\u00f1o que esto”, dice Qing-Tai Zhao del Instituto Peter Gr\u00fcnberg (PGI-9) en Forschungszentrum J\u00fclich.<\/p>\n\n\n\n
Desde hace alg\u00fan tiempo, los investigadores han estado buscando un sustituto del silicio, el material principal utilizado en la industria de los semiconductores. \u201cLa idea es encontrar un material que tenga propiedades electr\u00f3nicas m\u00e1s favorables y pueda usarse para lograr el mismo rendimiento con estructuras m\u00e1s grandes\u201d, explica el profesor.<\/p>\n\n\n\n
La investigaci\u00f3n se centra en parte en el germanio, que ya se usaba en los primeros d\u00edas de la era inform\u00e1tica. Los electrones pueden moverse mucho m\u00e1s r\u00e1pido en el germanio que en el silicio, al menos en teor\u00eda. Sin embargo, Qing-Tai Zhao y sus colegas ahora han ido un paso m\u00e1s all\u00e1. Para optimizar a\u00fan m\u00e1s las propiedades electr\u00f3nicas, incorporaron \u00e1tomos de esta\u00f1o en la red cristalina de germanio. El m\u00e9todo fue desarrollado hace varios a\u00f1os en el Instituto Peter Gr\u00fcnberg (PGI-9) de Forschungszentrum J\u00fclich.<\/p>\n\n\n\n
“El sistema de germanio-esta\u00f1o que hemos estado probando hace posible superar las limitaciones f\u00edsicas de la tecnolog\u00eda de silicio”, dice Qing-Tai Zhao. En los experimentos, el transistor de germanio-esta\u00f1o exhibe una movilidad de electrones que es 2,5 veces mayor que la de un transistor comparable hecho de germanio puro.<\/p>\n\n\n\n
Otra ventaja de la nueva aleaci\u00f3n de material es que es compatible con el proceso CMOS existente para la fabricaci\u00f3n de chips. El germanio y el esta\u00f1o provienen del mismo grupo principal en la tabla peri\u00f3dica que el silicio. Por lo tanto, los transistores de germanio-esta\u00f1o podr\u00edan integrarse directamente en chips de silicio convencionales con l\u00edneas de producci\u00f3n existentes.<\/p>\n\n\n\n
Alto potencial para las computadoras del futuro “El desaf\u00edo es encontrar un semiconductor cuya conmutaci\u00f3n a\u00fan pueda ser muy r\u00e1pida con voltajes bajos a temperaturas muy bajas”, explica Qing-Tai Zhao. Para el silicio, esta curva de conmutaci\u00f3n se aplana por debajo de 50 Kelvin. Entonces, los transistores necesitan un alto voltaje y, por lo tanto, una alta potencia, lo que finalmente conduce a fallas de los bits cu\u00e1nticos sensibles debido al calentamiento. “El germanio-esta\u00f1o funciona mejor a estas temperaturas en mediciones de hasta 12 Kelvin, y se espera utilizar el material a temperaturas a\u00fan m\u00e1s bajas”, dice Qing-Tai Zhao.<\/p>\n\n\n\n Adem\u00e1s, el transistor de germanio-esta\u00f1o es un paso m\u00e1s hacia la transmisi\u00f3n \u00f3ptica de datos en el chip. La transmisi\u00f3n de informaci\u00f3n con se\u00f1ales de luz ya es est\u00e1ndar en muchas redes de datos porque es considerablemente m\u00e1s r\u00e1pida y m\u00e1s eficiente energ\u00e9ticamente que la transferencia de datos a trav\u00e9s de conductores el\u00e9ctricos. Sin embargo, en el campo de la microelectr\u00f3nica y la nanoelectr\u00f3nica, los datos todav\u00eda se env\u00edan normalmente de forma el\u00e9ctrica.<\/p>\n\n\n\n Los colegas del grupo de trabajo de J\u00fclich del Dr. Dan Buca ya desarrollaron en el pasado un l\u00e1ser de germanio-esta\u00f1o que abre la posibilidad de transmitir datos \u00f3pticamente directamente en un chip de silicio. El transistor de germanio-esta\u00f1o, junto con estos l\u00e1seres, proporciona una soluci\u00f3n prometedora para la integraci\u00f3n monol\u00edtica de nanoelectr\u00f3nica y fot\u00f3nica en un solo chip.<\/p>\n\n\n\n El art\u00edculo se publica en la revista Communications Engineering.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Adem\u00e1s de las computadoras digitales cl\u00e1sicas, las computadoras cu\u00e1nticas tambi\u00e9n podr\u00edan beneficiarse del transistor de germanio-esta\u00f1o. Durante alg\u00fan tiempo, se han realizado esfuerzos para integrar partes de la electr\u00f3nica de control directamente en el chip cu\u00e1ntico, que funciona dentro de una computadora cu\u00e1ntica a temperaturas cercanas al cero absoluto. Las mediciones sugieren que un transistor hecho de germanio-esta\u00f1o funcionar\u00e1 significativamente mejor en estas condiciones que los hechos de silicio.<\/p>\n\n\n\n