Un pequeño transistor semiconductor compuesto podría desafiar el dominio del silicio | Emerald Insight

Un pequeño transistor semiconductor compuesto podría desafiar el dominio del silicio.

Tipo de artículo: Noticias del sector. Procedencia: Microelectronics International, Volumen 30, Número 2

Investigadores del MIT desarrollan el transistor de arseniuro de indio y galio más pequeño jamás construido.

La corona del silicio está en peligro: los días de este semiconductor como rey de los microchips para ordenadores y dispositivos inteligentes podrían estar contados, gracias al desarrollo del transistor más pequeño jamás construido con un material rival, el arseniuro de indio y galio.

El transistor compuesto, construido por un equipo de los Laboratorios de Tecnología de Microsistemas del MIT, funciona bien a pesar de tener solo 22 nm (milmillonésimas de metro) de longitud. Esto lo convierte en un candidato prometedor para reemplazar eventualmente al silicio en los dispositivos informáticos, afirma el co-desarrollador Jesús del Alamo, profesor Donner de Ciencias en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática (EECS) del MIT, quien construyó el transistor junto con el estudiante de posgrado de EECS Jianqian Lin y Dimitri Antoniadis, profesor Ray y Maria Stata de Ingeniería Eléctrica.

Para satisfacer nuestra demanda de dispositivos informáticos cada vez más rápidos e inteligentes, el tamaño de los transistores se reduce continuamente, lo que permite integrar un número creciente de ellos en los microchips. «Cuantos más transistores se puedan integrar en un chip, más potente será este y más funciones podrá realizar», afirma del Alamo.

Pero a medida que los transistores de silicio se reducen a la escala nanométrica, la cantidad de corriente que pueden producir también disminuye, lo que limita su velocidad de operación. Esto ha generado temores de que la Ley de Moore —la predicción del fundador de Intel, Gordon Moore, de que el número de transistores en los microchips se duplicará cada dos años— esté a punto de llegar a su fin, afirma Del Alamo.

Para mantener vigente la Ley de Moore, los investigadores llevan tiempo explorando alternativas al silicio que podrían generar una corriente mayor incluso a escalas más pequeñas. Uno de estos materiales es el arseniuro de indio y galio, un compuesto que ya se utiliza en tecnologías de comunicación por fibra óptica y radar, y que, según Del Alamo, posee excelentes propiedades eléctricas. Sin embargo, a pesar de los recientes avances en el tratamiento del material para permitir su transformación en transistores de forma similar al silicio, aún no se han logrado fabricar dispositivos lo suficientemente pequeños como para integrarlos en cantidades cada vez mayores en los microchips del futuro.

Ahora, del Alamo, Antoniadis y Lin han demostrado que es posible construir un transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET) de tamaño nanométrico —el tipo más utilizado en aplicaciones lógicas como los microprocesadores— utilizando este material. «Hemos demostrado que se pueden fabricar MOSFET de arseniuro de indio y galio extremadamente pequeños con excelentes características lógicas, lo que promete llevar la Ley de Moore más allá del alcance del silicio», afirma del Alamo.

Los transistores constan de tres electrodos: la compuerta, la fuente y el drenador, y la compuerta controla el flujo de electrones entre los otros dos. Dado que el espacio en estos diminutos transistores es tan reducido, los tres electrodos deben colocarse extremadamente cerca unos de otros, un nivel de precisión imposible de alcanzar incluso con herramientas sofisticadas. En cambio, el equipo permite que la compuerta se autoalinee entre los otros dos electrodos.

Los investigadores primero cultivan una capa delgada del material mediante epitaxia de haces moleculares, un proceso ampliamente utilizado en la industria de los semiconductores en el que átomos de indio, galio y arsénico evaporados reaccionan entre sí en el vacío para formar un compuesto monocristalino. A continuación, el equipo deposita una capa de molibdeno como metal de contacto de fuente y drenaje. Posteriormente, "dibujan" un patrón extremadamente fino sobre este sustrato utilizando un haz de electrones enfocado, otra técnica de fabricación bien establecida conocida como litografía de haz de electrones.

Las zonas no deseadas del material se eliminan mediante grabado y el óxido de puerta se deposita en el pequeño espacio. Finalmente, se aplica molibdeno evaporado a la superficie, donde forma la puerta, que queda ajustada entre los otros dos electrodos, explica Del Alamo. «Mediante una combinación de grabado y deposición, podemos conseguir que la puerta quede encajada [entre los electrodos] con pequeños espacios a su alrededor», afirma.

Aunque muchas de las técnicas aplicadas por el equipo ya se utilizan en la fabricación de silicio, rara vez se han empleado para fabricar transistores semiconductores compuestos. Esto se debe, en parte, a que en aplicaciones como la comunicación por fibra óptica, el espacio no es un problema tan importante. «Pero cuando hablamos de integrar miles de millones de transistores diminutos en un chip, necesitamos reformular por completo la tecnología de fabricación de transistores semiconductores compuestos para que se asemeje mucho más a la de los transistores de silicio», afirma del Alamo.

Su siguiente paso será mejorar aún más el rendimiento eléctrico —y, por lo tanto, la velocidad— del transistor eliminando la resistencia no deseada dentro del dispositivo. Una vez logrado esto, intentarán reducir aún más el tamaño del dispositivo, con el objetivo final de disminuir el tamaño de su transistor a menos de 10 nm de longitud de puerta.

La investigación fue financiada por DARPA y la Semiconductor Research Corporation.