La vanguardia: Después de 10 años de estudio, los investigadores dicen que finalmente han creado el primer semiconductor funcional basado en grafeno del mundo. Debería resultar útil en la computación cuántica y tradicional y permitirá que la Ley de Moore continúe, para consternación de Jensen Huang.
A principios de este mes, investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta publicado un artículo en Nature. El estudio analiza la producción de epigrafeno a partir de carburo de silicio (SiC). El grafeno epitaxial semiconductor (SEC), también conocido como epigrafeno, tiene una movilidad electrónica mucho mayor que el silicio.
Según Walt de Heer, profesor de física de Georgia Tech Regents, los electrones puede moverse 10 veces más rápido que los transistores tradicionales basados en silicio. Este impulso exponencial significa que los chips que utilizan epigrafeno podrían alcanzar ciclos en el rango de los terahercios.
La fabricación de epigrafeno se basa en un proceso que ha producido grafeno durante medio siglo. Primero, se apilan dos chips de SiC dentro de un crisol de grafito y se colocan dentro de un tubo de cuarzo de argón envuelto con tubos de cobre. Se envía corriente de alta frecuencia a través de la bobina de cobre, calentando el crisol de grafito mediante inducción a 1.000°C durante aproximadamente una hora.
A medida que el silicio se evapora de la superficie de los chips de SiC, se reemplaza con carbono, formando una capa de grafeno bidimensional (de un solo átomo). La oblea producida tiene carga neutra, por lo que cuando se retira del tubo, instantáneamente queda dopada con oxígeno. Luego liberan el dopaje de oxígeno calentando el grafeno a 200°C en el vacío, creando epigrafeno sobre un sustrato de carburo de silicio.
Según de Heer, el proceso es relativamente barato.
«Los chips (de SiC) que utilizamos cuestan unos 10 dólares [US]el crisol alrededor de 1 dólar y el tubo de cuarzo alrededor de 10 dólares», explicó el profesor a IEEE Spectrum.
Desde 2008, los científicos producen grafeno semiconductor calentando SiC en el vacío. Sin embargo, carecía de una banda prohibida mensurable, por lo que los transistores no pueden encenderse ni apagarse. El método modificado de De Heer y su equipo elimina este problema.
Los esfuerzos anteriores para producir bandas prohibidas han implicado modificar un sustrato con nanocintas o nanotubos de grafeno. Estos métodos no han dado resultados exitosos porque requieren alta precisión al depositar las cintas sobre el sustrato.
«Ha habido cierto éxito con las nanocintas de grafeno, pero en principio esta tecnología es muy similar a la tecnología semiconductora de nanotubos de carbono, que no ha tenido éxito después de 30 años de investigación con nanotubos», afirma de Heer.
Los investigadores han tenido más éxito creando una banda prohibida deformando el grafeno (arrugando). Sin embargo, esto produce una banda prohibida de sólo 0,2 electronvoltios, que según De Heer es demasiado pequeña para ser práctica. En comparación, el silicio tiene una banda prohibida de 1,12 eV. El método de Georgia Tech crea una banda prohibida de 0,6 eV, suficiente para la conmutación lógica mientras se opera a temperaturas más frías.
«Nuestra investigación se diferencia de estos otros enfoques porque hemos producido grandes áreas de SEC semiconductor en terrazas de SiC atómicamente planas y sin defectos», dijo de Heer. «El SiC es un material electrónico altamente desarrollado y fácilmente disponible que es totalmente compatible con los métodos de procesamiento de microelectrónica convencionales».
Si bien la ciencia ha producido con éxito grafeno epitaxial semiconductor funcional y altamente móvil, los procesadores SEC en computadoras cuánticas o normales son todavía una visión lejana. Por un lado, de Heer dice que se requieren más estudios para determinar si es más adecuado que los superconductores utilizados en las computadoras cuánticas contemporáneas.
En cuanto a la computación con silicio, el equipo ya sabe que SEC es un semiconductor superior con una resistencia mucho menor. Por lo tanto, se pueden lograr velocidades más rápidas y temperaturas de funcionamiento más frías. Sin embargo, no existe una manera fácil de incorporar SEC a la electrónica de silicio tradicional. Para aprovechar los beneficios que el material tiene para ofrecer se requiere un cambio de paradigma completo en las prácticas de fabricación actuales.
«Comparo este trabajo con el primer vuelo de 100 metros de los hermanos Wright», dice de Heer. «Dependerá principalmente de cuánto trabajo se haga para desarrollarlo».
Credito de imagen: Chris McKenney
