Buenos Aires (AT) – El grafeno, conocido como el “material milagroso”, fue transformado por un grupo de investigadores en un sustituto de semiconductores para el silicio. Esta innovación presenta una oportunidad para la microelectrónica. En el contexto actual, los fabricantes están en busca de alternativas al semiconductor de silicio, que es el componente fundamental de las computadoras.
La miniaturización de los chips de computadora produjo procesadores potentes durante más de setenta años, pero ahora se enfrenta a límites críticos. Las estructuras más pequeñas de los transistores de silicio, actualmente en el rango de dos o tres nanómetros, equivalen a aproximadamente diez diámetros atómicos. Superar estos límites se vuelve casi imposible debido a restricciones técnicas y físicas. Se anticipan entonces efectos cuánticos disruptivos y cortocircuitos que podrían afectar la funcionalidad de los microchips.
Además, la generación de calor durante el paso de electrones conductores a través de estructuras estrechas impone costosos requisitos de enfriamiento, y los procesos de fabricación de los procesadores modernos se vuelven cada vez más complejos y costosos.
En busca de mejorar el rendimiento de los chips y reducir el consumo de energía, los científicos exploraron nuevas arquitecturas de chips y materiales alternativos. Entre ellas, aleaciones como el germanio-estaño y semiconductores compuestos como el arsénico de indio, así como los nanotubos de carbono semiconductores.
El grafeno, con sus capas delgadas de grafito, surgió como un candidato de verdad prometedor. Aunque al principio no era un semiconductor, un grupo de investigadores chino-estadounidenses lograron transformarlo.
Los investigadores, dirigidos por Walt de Heer del Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta, adoptaron un enfoque innovador. Cultivaron grafeno sobre un sustrato de carburo de silicio, compuesto por silicio y carbono. Mediante un proceso de calentamiento a 1600 grados, los átomos de carbono de la placa inferior se separaron y migraron hacia arriba, conectándose con los átomos de carbono de la placa superior y formando una capa de grafeno.
La conexión al silicio subyacente modificó la estructura de banda del grafeno, y generó una brecha de energía que, según los investigadores, es aproximadamente la mitad del tamaño del silicio, medida en 0.6 electronvoltios.
Este resultado aumentó la movilidad de los portadores de carga en el grafeno, ahora aproximadamente diez veces mayor que en el silicio. Esto posibilita la creación de componentes microelectrónicos más pequeños y eficientes con voltajes de operación más bajos, a la vez que genera menos calor y abre nuevas perspectivas para la investigación en este campo.
¿Qué es la microelectrónica?
La microelectrónica se convirtió en la columna vertebral de la revolución tecnológica contemporánea, por el simple hecho de que dio vida a dispositivos electrónicos cada vez más pequeños, eficientes y poderosos. Este campo de estudio se centra en la fabricación de circuitos integrados y componentes electrónicos a una escala microscópica, permitiendo la creación de dispositivos que cambiaron la manera en que vivimos, trabajamos y nos comunicamos.
La microelectrónica es una rama de la electrónica que se ocupa del diseño y fabricación de circuitos electrónicos a escala microscópica. Sus orígenes se remontan a mediados del siglo XX, cuando los primeros transistores y circuitos integrados comenzaron a reemplazar a las válvulas y tubos electrónicos en la construcción de dispositivos electrónicos. Esta transición permitió una miniaturización sin precedentes y sentó las bases para la revolución digital.
El corazón de la microelectrónica son los circuitos integrados (CI), también conocidos como microchips. Son pequeñas placas de silicio en las que se integran miles o millones de componentes electrónicos, como transistores, resistencias y condensadores. Los microchips permiten la construcción de dispositivos electrónicos complejos en un espacio muy reducido, lo que fue fundamental para el desarrollo de la electrónica moderna.
La fabricación de dispositivos microelectrónicos implica una serie de pasos altamente especializados. El proceso comienza con la creación de un sustrato de silicio puro, que se corta en finas láminas llamadas obleas. Estas obleas se someten a una serie de procesos, como la deposición de capas delgadas de materiales, fotolitografía para definir patrones y la creación de estructuras a través de la grabación química. El resultado final es un microchip con circuitos eléctricos extremadamente pequeños y precisos.
Prácticamente todos los aspectos de la vida moderna están atravesados por la microelectrónica. Desde los celulares y computadoras personales hasta sistemas médicos, automóviles y electrodomésticos, la presencia de microelectrónica es omnipresente. También fue clave en el desarrollo de áreas como la inteligencia artificial, la realidad virtual, la internet de las cosas (IoT) y la computación cuántica.
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