Investigadores del MIT han desarrollado un nuevo tipo de transistor 3D que podría ser más eficiente energéticamente y potente que los actuales transistores basados en silicio. Los novedosos transistores 3D se han diseñado utilizando materiales semiconductores ultrafinos.
«Se trata de una tecnología con potencial para sustituir al silicio, de modo que se podría utilizar con todas las funciones que tiene el silicio actualmente, pero con una eficiencia energética mucho mejor», explica Yanjie Shao, postdoctorado del MIT y autor principal.
Los transistores aprovechan la mecánica cuántica para lograr un alto rendimiento a bajo voltaje dentro de un área a nanoescala. Su minúsculo tamaño allana el camino a una nueva era de electrónica ultradensa, de alto rendimiento y energéticamente eficiente.
Superar las limitaciones
Los transistores de silicio funcionan como interruptores electrónicos. Una simple aplicación de tensión provoca un cambio drástico de estado en el transistor, de apagado a encendido. Este estado de encendido/apagado representa dígitos binarios que permiten el cálculo.
La eficacia de un transistor depende de su pendiente de conmutación. Una pendiente más pronunciada está directamente relacionada con un menor consumo de energía. Esto significa que el transistor puede encenderse y apagarse rápidamente, necesitando menos tiempo y, en consecuencia, menos energía.
Sin embargo, una limitación fundamental conocida como tiranía de Boltzmann impone un requisito mínimo de tensión para el funcionamiento del transistor a temperatura ambiente.
Este límite se encuentra generalmente en los transistores de silicio.
Sorteando obstáculos
Los investigadores del MIT han desarrollado nuevos transistores que utilizan materiales semiconductores ultradelgados y principios de mecánica cuántica para lograr un alto rendimiento a bajo voltaje. Utilizaron materiales como el antimoniuro de galio y el arseniuro de indio, e incorporaron el principio de túnel cuántico, donde los electrones pueden atravesar barreras potenciales.
Sin embargo, los transistores de túnel suelen tener una baja salida de corriente, lo que limita su rendimiento en aplicaciones que requieren altas corrientes. Para solucionar esto, los ingenieros trabajaron en la geometría 3D de los transistores, fabricando nanoestructuras de heterouniones con un diámetro de solo 6 nanómetros, creando así los transistores 3D más pequeños reportados hasta la fecha.
Gracias al confinamiento cuántico, lograron pendientes de conmutación más pronunciadas y altas corrientes, mejorando significativamente el rendimiento del dispositivo. Durante las pruebas, estos dispositivos mostraron pendientes de conmutación más agudas que los transistores de silicio convencionales, lo que permite dispositivos electrónicos más rápidos y eficientes en términos de energía.
Según el comunicado de prensa, los dispositivos del MIT demostraron una mejora de rendimiento 20 veces superior en comparación con transistores de túnel similares.
