Los transistores más pequeños jamás creados: estas son las soluciones para miniaturizar la electrónica más allá de los 2 nanómetros
Reducir el tamaño de los transistores es cada vez más difícil. Fabricantes como Samsung o TSMC están en camino de producir chips de 3 nanómetros, pero los fenómenos cuánticos son muy relevantes en esos tamaños. ¿Dónde está el límite? El futuro es incierto y todas las miradas apuntan a la computación cuántica como evolución de la microelectrónica actual, pero su desarrollo no está ni mucho menos definido y ya nos vamos acercando al nanómetro.
Liu Deyin, co-CEO de TSMC, asegura que los transistores de un nanómetro son factibles. No le falta razón, pues aunque sea en laboratorio, los investigadores ya han logrado fabricar transistores de ese nivel. Sin llegar a ser todavía soluciones viables a gran escala, estos son los transistores más pequeños jamás creados y que nos anticipan el devenir de la microelectrónica. Desde transistores del tamaño de un átomo hasta aquellos basados en otros materiales más allá del silicio.
1 nanómetro
Imagen: UC Berkeley En 2016, un equipo del Laboratorio Nacional de Berkeley creaba el primer transistor funcional de un nanómetro. «Con la elección de los materiales adecuados, hay mucho más espacio para encoger nuestros componentes electrónicos», explicaba Ali Javey, investigador de materiales encargado del proyecto.
La investigación fue publicada en la revista Science y la clave fue utilizar nanotubos de carbono y disulfuro de molibdeno (MoS2). Tanto el silicio como el MoS2 tienen una estructura cristalina, pero los electrones que fluyen por el silicio tienen una masa efectiva más pequeña en comparación, lo que provoca que sea más complejo luchar contra los fenómenos cuánticos de efecto túnel que ocurren por en ese rango de nanómetros. Los trabajos con este material han continuado, principalmente como complemento del grafeno.
De un átomo
Imagen: Nature Nanotechnology Uno de los trabajos pioneros en miniaturización de los transistores fue publicado en la revista Nature en 2012, aunque ya desde 2004 se sabía que era posible construir una puerta lógica para controlar el estado «abierto y «cerrado». Cuando Intel todavía trabajaba con los transistores de 32 nanómetros, un equipo internacional de científicos de la Universidad de Melbourne, Purdue y Nueva Gales del Sur logró construir un transistor de un único átomo, lo que equivale a unos 0,1 nanómetros.
«No podemos hacerlo más pequeño que esto. Para mí, este es el límite físico de la Ley de Moore«, explicaba Gerhard Klimeck, investigador del proyecto. En el transistor de un átomo se combinó microscopía de túnel de barrido y litografía resistente al hidrógeno. Pese a que anteriormente se habían observado los transistores de un átomo, esta fue la primera ocasión en que se lograba hacerlos también controlables.
Basado en una molécula
Imagen: ‘US Naval Research Laboratory’ En Nature Physics se publicaba en 2015 la demostración de un transistor en acción basado en una sola molécula, de ftalocianina. Este transistor incorporaba un terminal de puerta que permitía controlar la conductancia por efecto túnel. En vez de controlar el voltaje de la puerta, en este trabajo se controlaba otro efecto para modular la electricidad.
Los científicos crearon este transistor en condiciones extremas, casi en vacío total y a una temperatura muy cercana al cero absoluto.
Reproduciendo el transistor molecular a temperatura ambiente
Imagen: Nature Algunos años más tarde, en 2017, científicos de la Universidad de Columbia lograban crear un transistor molecular a temperatura ambiente. En la revista Nature Nanotechnology describen un grupo de átomos ordenados geométricamente en torno a un núcleo central de 14 átomos, enlazados a electrodos de oro que permitían monitorizar la respuesta eléctrica.
La importancia de esta publicación es que mientras otros transistores habían demostrado ser funcionales, no eran tan fáciles de reproducir. En esta ocasión, según describe Latha Venkataraman, la ventaja es que se podía construir un transistor de estas características a mayor temperatura y de forma reproducible.
La solución de los átomos de telurio
Financiado por el Ejército de los EE.UU, en 2020 aseguraban haber creado el transistor más pequeño del mundo, gracias a un mineral de tierras raras: el telurio. El material, con forma de hélice de ADN unidimensional y encapsulado en un nanotubo de nitruro de boro, podía actuar como un transistor de efecto de campo de un tamaño efectivo de unos dos nanómetros.
Mientras los átomos de silicio parecen rectos, los de telurio tienen una forma helicoidal, lo que permitiría encajar más fácil los nanotubos y por ende ayudar a fabricar transistores más pequeños.
Joe Qiu, gerente de programa de la Army Research Office, afirmaba que «esa tecnología tendría aplicaciones importantes para el Ejército. Esta investigación revela más sobre un material prometedor que podría lograr una informática más rápida con un consumo de energía muy bajo».
El transistor líquido
En los años 60, la computación líquida fue una alternativa que llegó a generar cierta tracción. Sin embargo se desechó en favor de los transistores tradicionales. En 2017, Carmel Majidi y James Wissman mostraron el primer transistor líquido, capaz de abrir y cerrar la conexión entre dos gotas de metal líquido dependiendo de las fluctuaciones del voltaje.
La investigación generó una gran expectación, principalmente por abrir la puerta a transistores que pudieran cambiar de forma, cambiar su función o incluso reconfigurarse.
Tamaño cero: el transistor fotónico
Imagen: IBM El último avance en transistores lo ofrece IBM. Los circuitos ópticos prometen ser el próximo gran avance y aunque todavía falta para ver un chip óptico económico y fácil de fabricar, estos transistores de un único fotón son una posibilidad, según se ha descrito en publicaciones como Science.
IBM construyó en 2019 el primer transistor óptico que funcionaba a temperatura ambiente. El principal problema es absorber la luz visible y para solucionarlo proponen un sistema de rejillas; una guía para los fotones con el que evitar las pérdidas de luz. Según los últimos trabajos, el sistema ha conseguido una pérdida de únicamente el 13% a lo largo de un recorrido de luz de un milímetro. Un nuevo campo de transistores que tiene detrás una de las grandes compañías de la microelectrónica.
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La noticia
Los transistores más pequeños jamás creados: estas son las soluciones para miniaturizar la electrónica más allá de los 2 nanómetros
fue publicada originalmente en
Xataka
por
Enrique Pérez
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