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| Además de la puerta de control habitual (roja), también hay una puerta de programa (azul). Crédito: Universidad Tecnológica de Viena |
Ya se ha fabricado el transistor más flexible del mundo utilizando germanio. Se ha presentado en la revista ACS Nano. Las propiedades especiales del germanio y el uso de electrodos de puerta de programa específicos han permitido crear un prototipo de un nuevo componente que puede dar paso a una nueva era de la tecnología de chips.
En el novedoso transistor de la TU Wien, tanto los electrones como los huecos se manipulan simultáneamente de una forma muy especial:
"Conectamos dos electrodos con un alambre extremadamente fino hecho de germanio, que está conectado al metal por ambos lados con una interfaz especial y extremadamente limpia. Sobre este segmento de germanio, colocamos un electrodo de puerta como los que se encuentran en los transistores convencionales. Lo decisivo es que nuestro transistor también tiene otro electrodo de control, que se coloca en las interfaces entre el germanio y el metal. Puede programar dinámicamente la función del transistor", explica el Dr. Masiar Sistani, que es investigador postdoctoral en el equipo del Prof. Walter Weber en el Instituto de Electrónica de Estado Sólido de la Universidad de Viena.
Esta construcción permite controlar los electrones y los huecos por separado. "El hecho de que utilicemos germanio es una ventaja decisiva", afirma Masiar Sistani.
"Esto se debe a que el germanio tiene una estructura electrónica muy especial: cuando se aplica un voltaje, el flujo de corriente aumenta inicialmente, como es de esperar. Sin embargo, a partir de un determinado umbral, el flujo de corriente vuelve a disminuir, lo que se denomina resistencia diferencial negativa. Con la ayuda del electrodo de control, podemos modular en qué voltaje se encuentra este umbral. Esto da lugar a nuevos grados de libertad que podemos emplear para dar al transistor exactamente las propiedades que necesitamos en ese momento".
"Hasta ahora, la inteligencia de la electrónica procedía simplemente de la interconexión de varios transistores, cada uno de los cuales solo tenía una funcionalidad bastante primitiva. En el futuro, esta inteligencia podrá trasladarse a la adaptabilidad del propio transistor", afirma el profesor Walter Weber.
"Las operaciones aritméticas, que antes requerían 160 transistores, son posibles con 24 transistores gracias a esta mayor adaptabilidad. De este modo, la velocidad y la eficiencia energética de los circuitos también pueden aumentar considerablemente."
Inteligencia artificial
Estas nuevas posibilidades son especialmente interesantes para las aplicaciones en el campo de la inteligencia artificial: "Nuestra inteligencia humana se basa en circuitos que cambian dinámicamente entre las células nerviosas. Con los nuevos transistores adaptativos, ahora es posible cambiar los circuitos directamente en el chip de forma selectiva", afirma Walter Weber. La lógica multivaluada también puede implementarse de este modo, es decir, circuitos que no solo funcionan con 0 y 1, sino con un mayor número de estados posibles.
Una rápida aplicación industrial de esta nueva tecnología es realista: los materiales utilizados ya se emplean en la industria de los semiconductores hoy en día, y no son necesarios procesos de fabricación completamente nuevos. En algunos aspectos, la tecnología sería incluso más sencilla que antes: hoy en día, los materiales semiconductores se dopan, es decir, se enriquecen con átomos individuales extraños. Esto no es necesario con el transistor basado en germanio; se puede utilizar germanio puro.
"No queremos sustituir por completo la tecnología de transistores anterior con nuestro nuevo transistor, eso sería presuntuoso", dice Masiar Sistani.
"Es más probable que la nueva tecnología se incorpore a los chips de los ordenadores como un complemento en el futuro. Para determinadas aplicaciones, simplemente será más eficiente desde el punto de vista energético recurrir a los transistores adaptativos."
Fuentes, créditos y referencias:
Masiar Sistani et al, Nanometer-Scale Ge-Based Adaptable Transistors Providing Programmable Negative Differential Resistance Enabling Multivalued Logic, ACS Nano (2021). DOI: 10.1021/acsnano.1c06801
Fuente: Universidad Tecnológica de Viena