Un pequeño transistor semiconductor compuesto podría desafiar el dominio del silicio
Un pequeño transistor semiconductor compuesto podría desafiar el dominio del silicio
Tipo de artículo: Noticias de la industria De: Microelectronics International, Volumen 30, Número 2
Investigadores del MIT desarrollan el transistor de arseniuro de galio e indio más pequeño jamás construido
La corona del silicio está amenazada: los días del semiconductor como el rey de los microchips para computadoras y dispositivos inteligentes podrían estar contados, gracias al desarrollo del transistor más pequeño jamás construido a partir de un material rival, el arseniuro de indio y galio.
El transistor compuesto, construido por un equipo en los Laboratorios de Tecnología de Microsistemas del MIT, funciona bien a pesar de tener solo 22 nm (mil millonésimas de metro) de longitud. Esto lo convierte en un candidato prometedor para eventualmente reemplazar al silicio en los dispositivos informáticos, dice el co-desarrollador Jesús del Álamo, Profesor de Ciencias Donner en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS) del MIT, quien construyó el transistor con el estudiante graduado de EECS Jianqian Lin. y Dimitri Antoniadis, Profesor Ray y Maria Stata de Ingeniería Eléctrica.
Para mantener el ritmo de nuestra demanda de dispositivos informáticos cada vez más rápidos e inteligentes, el tamaño de los transistores se reduce continuamente, lo que permite que un número cada vez mayor de ellos se introduzcan en microchips. “Cuantos más transistores pueda empaquetar en un chip, más poderoso será el chip y más funciones realizará”, dice del Alamo.
Pero a medida que los transistores de silicio se reducen a la escala nanométrica, la cantidad de corriente que pueden producir los dispositivos también se reduce, lo que limita su velocidad de funcionamiento. Esto ha generado temores de que la Ley de Moore, la predicción del fundador de Intel, Gordon Moore, de que la cantidad de transistores en los microchips se duplicará cada dos años, podría estar a punto de llegar a su fin, dice del Alamo.
Para mantener viva la Ley de Moore, los investigadores han estado investigando durante algún tiempo alternativas al silicio, que podrían producir una corriente mayor incluso cuando operan a estas escalas más pequeñas. Uno de esos materiales es el compuesto arseniuro de indio y galio, que ya se usa en tecnologías de radar y comunicación de fibra óptica, y se sabe que tiene propiedades eléctricas extremadamente buenas, dice del Alamo. Pero a pesar de los recientes avances en el tratamiento del material para permitir que se convierta en un transistor de forma similar al silicio, nadie ha sido capaz de producir dispositivos lo suficientemente pequeños como para ser empaquetados en números cada vez mayores en los microchips del mañana.
Ahora, Del Alamo, Antoniadis y Lin han demostrado que es posible construir un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido de metal (MOSFET) de tamaño nanométrico, el tipo más comúnmente 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”, dice del Alamo.
Los transistores constan de tres electrodos: la puerta, la fuente y el drenaje, con la puerta controlando el flujo de electrones entre los otros dos. Dado que el espacio en estos diminutos transistores es tan reducido, los tres electrodos deben colocarse muy cerca uno del otro, un nivel de precisión que sería imposible de lograr incluso con herramientas sofisticadas. En cambio, el equipo permite que la puerta se "autoalinee" entre los otros dos electrodos.
Los investigadores primero cultivan una capa delgada del material utilizando epitaxia de haz molecular, un proceso ampliamente utilizado en la industria de los semiconductores en el que los átomos evaporados de indio, galio y arsénico reaccionan entre sí en el vacío para formar un compuesto monocristalino. Luego, el equipo deposita una capa de molibdeno como metal de contacto entre la fuente y el drenaje. Luego “dibujan” un patrón extremadamente fino sobre este sustrato utilizando un haz de electrones enfocado, otra técnica de fabricación bien establecida conocida como litografía por haz de electrones.
Luego, las áreas de material no deseadas se eliminan y el óxido de la puerta se deposita en el pequeño espacio. Finalmente, el molibdeno evaporado se dispara a la superficie, donde forma la puerta, apretada fuertemente entre los otros dos electrodos, dice del Alamo. “A través de una combinación de grabado y deposición, podemos colocar la puerta [entre los electrodos] con pequeños espacios a su alrededor”, dice.
Aunque muchas de las técnicas aplicadas por el equipo ya se utilizan en la fabricación de silicio, rara vez se han utilizado para fabricar transistores semiconductores compuestos. Esto se debe en parte a que en aplicaciones como la comunicación por fibra óptica, el espacio es un problema menor. “Pero cuando se habla de integrar miles de millones de pequeños transistores en un chip, entonces necesitamos reformular por completo la tecnología de fabricación de transistores de semiconductores compuestos para parecerse mucho más a los transistores de silicio”, dice del Alamo.
Su próximo paso será trabajar para mejorar aún más el rendimiento eléctrico, y por lo tanto la velocidad, del transistor al eliminar la resistencia no deseada dentro del dispositivo. Una vez que hayan logrado esto, intentarán encoger aún más el dispositivo, con el objetivo final de reducir el tamaño de su transistor a menos de 10 nm de longitud de puerta.
La investigación fue financiada por DARPA y Semiconductor Research Corporation.
