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- El MIT crea transistores a nanoescala para electrónica eficiente
- El túnel cuántico proporciona bajo voltaje y alto rendimiento
- Esta tecnología tiene el potencial de reemplazar la silicona.
Investigadores del MIT han desarrollado un transistor a nanoescala que podría allanar el camino hacia una electrónica más eficiente que los dispositivos basados en silicio.
Los transistores de silicio convencionales, que son cruciales para la mayoría de los dispositivos electrónicos, enfrentan una limitación física conocida como tiranía de Boltzmann, que les impide operar por debajo de un cierto voltaje.
Esta limitación limita la eficiencia energética, especialmente a medida que las aplicaciones modernas, como la inteligencia artificial, avanzan hacia cálculos más rápidos y potentes.
Heteroestructuras de nanocables
Para abordar estas limitaciones, el equipo del MIT creó un nuevo transistor 3D utilizando materiales semiconductores ultrafinos, incluidos el antimonuro de galio y el arseniuro de indio.
El diseño aprovecha un fenómeno de la mecánica cuántica conocido como túnel cuántico, que permite a los electrones viajar a través de la barrera de energía en lugar de evitarla. Esta estructura, que consta de nanocables verticales de sólo unos pocos nanómetros de ancho, permite que estos transistores funcionen a voltajes mucho más bajos mientras mantienen un rendimiento a la par de los transistores de silicio modernos.
“Esta es una tecnología que tiene el potencial de reemplazar al silicio, por lo que se puede usar con todas las funciones que tiene actualmente el silicio, pero con una eficiencia energética mucho mejor”, dijo Yanjie Shao, investigador postdoctoral en el MIT y autor principal del estudio. . Noticias del MIT. Al confiar en transistores de túnel, el dispositivo logra una transición brusca entre los estados “apagado” y “encendido” con bajo voltaje, algo que los transistores de silicio no pueden hacer de manera eficiente.
Los transistores se diseñan utilizando confinamiento cuántico, donde los electrones se controlan dentro de un espacio pequeño, mejorando su capacidad para atravesar barreras. La instalación de última generación del MIT, MIT.nano, ha permitido a los investigadores modelar la geometría 3D precisa necesaria para este efecto, creando heteroestructuras de nanocables con diámetros tan pequeños como 6 nanómetros, los transistores 3D más pequeños reportados hasta la fecha.
“Tenemos mucha flexibilidad para diseñar estas estructuras de materiales heterogéneos de modo que podamos crear una barrera de túneles muy delgada, lo que nos permite obtener una corriente muy alta”, explica Shaw. Este diseño admite una rampa de conmutación pronunciada, lo que permite que el dispositivo funcione por debajo del límite de voltaje del silicio convencional.
Según Jesús del Álamo, autor principal y profesor Donner de Ingeniería, “con la física convencional, sólo hay un camino limitado que se puede recorrer. El trabajo de Yanji muestra que podemos hacerlo mejor, pero tenemos que usar una física diferente. Todavía quedan muchos desafíos que deben superarse para que este enfoque se vuelva comercial en el futuro, pero en teoría, esto es un verdadero avance.
El equipo de investigación, que incluye a los profesores del MIT Joe Lee, Marco Bala y David Esini, ahora se ha centrado en mejorar los métodos de fabricación para lograr una mayor uniformidad entre los chips. Pequeñas inconsistencias, incluso a nivel nanométrico, pueden afectar el rendimiento del dispositivo, por lo que están explorando diseños de encabezado alternativos que podrían mejorar la coherencia. El estudio publicado en Electrónica de la naturalezafue parcialmente financiado por Intel Corporation, lo que refleja el interés de la industria en explorar soluciones más allá de la tecnología tradicional de silicio.
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