No ha habido mayor acto de magia en la tecnología que el juego de manos realizado por la Ley de Moore . Los componentes electrónicos que una vez cabían en la palma de su mano se volvieron atómicos hace mucho tiempo, desapareciendo de nuestro mundo para instalarse en el reino cuántico.
Pero ahora estamos rozando los amargos límites de esta tendencia. En un artículo publicado en Nature esta semana, los científicos de la Universidad de Tsinghua en Shanghai escribieron que habían construido una puerta de transistor de grafeno con una longitud de 0,34 nanómetros (nm), o aproximadamente del tamaño de un solo átomo de carbono.
La puerta, un componente de chip que enciende y apaga los transistores, es una medida crítica del tamaño del transistor. Investigaciones anteriores ya habían llevado las longitudes de puerta a un nanómetro o menos . Al reducir las longitudes de las puertas al tamaño de átomos individuales, el último trabajo establece una nueva marca que será difícil de superar. “En el futuro, será casi imposible para las personas hacer una longitud de puerta inferior a 0,34 nm”, dijo a IEEE Spectrum el autor principal del artículo, Tian-Ling Ren . “Este podría ser el último nodo de la Ley de Moore”.
Grabado de un sándwich 2D
Los transistores tienen algunos componentes centrales: la fuente, el drenaje, el canal y la puerta. La corriente eléctrica fluye desde la fuente, a través del canal, pasa la compuerta y llega al drenaje. La puerta enciende o apaga esta corriente dependiendo del voltaje que se le aplique.
Los avances recientes en la miniaturización extrema de puertas de transistores se basan en algunos materiales fascinantes. En 2016, por ejemplo, los investigadores utilizaron nanotubos de carbono , que son láminas de carbono de un solo átomo de espesor enrolladas en cilindros, y un material 2D llamado disulfuro de molibdeno para lograr una longitud de puerta de un nanómetro. El silicio es un mejor semiconductor, ya que las corrientes eléctricas encuentran más resistencia en el disulfuro de molibdeno, pero cuando las longitudes de las puertas caen por debajo de los cinco nanómetros, los electrones se filtran a través de las puertas en los transistores de silicio. La resistencia natural del disulfuro de molibdeno evita esta fuga en las escalas más pequeñas.
Sobre la base de este trabajo anterior, los investigadores en el estudio más reciente también eligieron disulfuro de molibdeno para su material de canal y una puerta a base de carbono. Pero en lugar de nanotubos de carbono, que tienen un nanómetro de diámetro, buscaron ser más pequeños. Desenrolla un nanotubo y obtienes una lámina hecha de átomos de carbono llamada grafeno. El grafeno tiene todo tipo de propiedades interesantes, una de las cuales es una excelente conductividad. El ancho y el largo de una hoja de grafeno son, por supuesto, más grandes que un nanotubo, pero el borde tiene un solo átomo de carbono de espesor. El equipo explotó inteligentemente esta propiedad.
Primero colocaron una capa de dióxido de silicio para la estructura base. Luego, utilizando un método de producción de grafeno llamado deposición química de vapor, colocaron una lámina de grafeno sobre el dióxido de silicio y una capa de óxido de aluminio sobre el grafeno. El óxido de aluminio y el dióxido de silicio que intercalan el grafeno actúan como aislantes, cortando efectivamente sus propiedades eléctricas del resto del transistor. Luego grabaron en los materiales intercalados para crear un escalón, con la misma forma que las escaleras de su casa, y en el proceso, expusieron el borde de la lámina de grafeno en la pared vertical del escalón, creando así una puerta atómicamente delgada. Llaman a esta construcción un “transistor de pared lateral”.
Finalmente, sobre el escalón, el equipo colocó una capa de óxido de hafnio, para agregar un pequeño espacio entre la puerta y el canal, y una capa de disulfuro de molibdeno para formar el canal. Luego agregaron dos electrodos de metal, uno en el escalón superior y otro en la parte inferior, como fuente y drenaje.
Críticamente, la nueva técnica no requiere que los investigadores coloquen con precisión el grafeno para que la puerta funcione. Este es uno de los grandes desafíos del uso de nanotubos de carbono: no es tarea fácil lograr que se asienten exactamente donde se necesitan.
Más Moore
Para ser claros, el trabajo es una prueba de concepto: los investigadores no han escalado significativamente el enfoque. Fabricar un puñado de transistores no es lo mismo que fabricar miles de millones en un chip y fabricar sin problemas miles de millones de esos chips para usar en computadoras portátiles y teléfonos inteligentes. Ren también señala que los materiales 2D, como el bisulfuro de molibdeno, siguen siendo costosos y que fabricar materiales de alta calidad a escala es un desafío.
Es más probable que las nuevas tecnologías, como los transistores de silicio integrales , lleguen a su computadora portátil o teléfono en los próximos años. Además, vale la pena señalar que el resultado de la Ley de Moore (que las computadoras seguirán haciéndose más poderosas y más baratas a un ritmo exponencial) también puede ser impulsado por ajustes de software o cambios en la arquitectura, como usar la tercera dimensión para apilar componentes encima de uno. otro.
Aún así, la investigación explora y define mejor los alcances externos de la miniaturización, tal vez estableciendo un límite inferior que no se romperá durante años. También demuestra una forma inteligente de explotar las propiedades más deseables de los materiales 2D en chips. Y si se refina aún más, el enfoque, que no se basa en el posicionamiento exacto de los componentes y se apoya en tecnologías de fabricación de chips ya comunes, parece tener cierto potencial para escalar.
Independientemente, reducir el tamaño de los componentes electrónicos de pulgadas a átomos en un período relativamente corto de décadas sigue siendo uno de los trucos más ingeniosos de la ciencia y la tecnología, y este trabajo lleva la tendencia a un nuevo extremo.
Crédito de la imagen: Yulissa Tagle / Unsplash
Dorrier, J. (2022d, marzo 14). Moore’s Law: Scientists Just Made a Graphene Transistor Gate the Width of an Atom. Singularity Hub. Recuperado 14 de marzo de 2022, de https://singularityhub.com/2022/03/13/moores-law-scientists-just-made-a-graphene-transistor-gate-the-width-of-an-atom/