Silicon Valley en el norte de California obtuvo su apodo de la multitud de fabricantes de chips de computadora que surgieron en los alrededores en la década de 1980. A pesar de su ubicuidad como material de construcción de chips, el silicio puede enfrentar cierta competencia de una nueva versión de un viejosustancia.
Los investigadores que trabajan en el Instituto de Ciencias Básicas IBS Centro de Física Integrada de Nanoestructura en la Universidad de Sungkyunkwan SKKU en Corea del Sur, dirigido en parte por el Director Young Hee Lee, han creado un transistor de alto rendimiento que utiliza fósforo negro BP queha revelado algunos resultados fascinantes.
Los transistores están compuestos de materiales con propiedades semiconductoras, que vienen en dos variedades: tipo n exceso de electrones y tipo p exceso de agujeros. Con el cristal BP, los investigadores han descubierto que pueden cambiar su grosor y /o los metales de contacto y eso determinará si se trata de material de alto rendimiento de tipo n, tipo p o ambipolar funciona como tipo n o p.
¿Qué significa esto?
El silicio tiene que ser dopado extrínsecamente insertando otro elemento en su estructura cristalina para que sea de tipo n o tipo p para que funcione en un chip semiconductor. Los cristales de BP pueden funcionar tanto como tipo n como p-tipo o algo intermedio, pero no requiere dopaje extrínseco. Esto significa que, en lugar de tener que fabricar un cristal de silicio-arsénico intercalado entre cristales de silicio-boro, un transistor puede tener un único chip lógico de fósforo negro puro y ligero.- no se requiere dopaje
Además, cambiar los metales utilizados para conectar el chip al circuito influye en si BP será de tipo n o p. En lugar de doparse para hacer un material de tipo n y p, tanto n como p-El tipo BP se puede juntar en un solo chip simplemente cambiando su grosor y el metal de contacto utilizado
¿Por qué es esto importante?
Los fabricantes de tecnología están en una carrera armamentista para hacer que sus dispositivos sean más livianos, más pequeños y más eficientes. Al usar BP que tiene solo varias capas atómicas de espesor, los transistores pueden hacerse más pequeños y más eficientes energéticamente que lo que existe ahora.
Los chips de silicio existen en todos nuestros dispositivos electrónicos, y a medida que los fabricantes hacen que los dispositivos sean más pequeños y más eficientes desde el punto de vista energético, comienzan a acercarse al umbral de cuán pequeños componentes pueden ser. BP puede proporcionar una alternativa más delgada y eficiente a los chips de silicio enaparatos eléctricos.
Otro ejemplo son los pequeños dispositivos autónomos de grabación y transmisión de datos que conformarán el Internet de las Cosas IoT. Una limitación importante para evitar que IoT despegue de inmediato es la incapacidad de reducir el tamaño del componente y la falta detérmino solución energética. Los materiales en capas bidimensionales como el fósforo negro son interesantes en este aspecto, ya que las propiedades eléctricas y mecánicas a menudo se mejoran en comparación con sus contrapartes a granel tridimensionales.
¿Es BP una buena alternativa a los materiales semiconductores actuales?
Es un gran material para transistores ya que tiene una alta movilidad de portadora qué tan rápido puede moverse un electrón a través de él. Esto le da a BP la capacidad de operar a voltajes más bajos al tiempo que aumenta el rendimiento, lo que se traduce en un consumo de energía muy reducido.
Con el aluminio como contacto, los copos BP más gruesos 13 nanómetros muestran propiedades ambipolares similares al grafeno, mientras que los copos delgados de 3 nm son de tipo n unipolar con relaciones de encendido / apagado mayores de 105. Cuanto más delgados pueden hacer el material, másmejor el rendimiento de conmutación.
Perello explica: "La fuerza impulsora del fósforo posterior es la movilidad del portador. Todo se centra en eso. El hecho de que el espacio entre bandas cambie con el grosor también nos da flexibilidad en el diseño del circuito. Como investigador, me da muchas cosas parajugar con."
¿Está listo para competir con el silicio?
A diferencia de otros materiales semiconductores estándar de la industria, no existe un buen método para hacer BP puro a gran escala. Actualmente, las capas delgadas solo se pueden hacer raspando muestras de BP cristalinas a granel, ya que todavía no existe otro método de fabricación.el problema de escala ya está en marcha, con la deposición química de vapor CVD y otras técnicas de crecimiento de película delgada que se están investigando en los laboratorios de todo el mundo. Sin embargo, la falta de una técnica de fabricación en monocapa no es necesariamente un problema.Probablemente podamos operar con 3, 5 o 7 capas y eso podría ser mejor en términos de rendimiento ".
Cuando se le preguntó si BP estaba listo para competir con el silicio hoy, Perello dijo: "No creo que pueda competir con el silicio en este momento, ese es un sueño que todos tienen. El silicio es barato y abundante y los mejores transistores de silicio que podemostener movilidad similar a la que pude hacer en estos dispositivos BP "
Sin embargo, esto no significa que no valga la pena explorar más BP. Según Perello, "El hecho de que era tan simple hacer un transistor tan excelente sin tener acceso a las modernas instalaciones comerciales de crecimiento, fabricación y litografíasignifica que podríamos mejorarlo significativamente. Esperamos que el límite superior para la movilidad del transportista en fósforo negro sea mucho más alto que el silicio ".
En la actualidad, BP no está listo para uso comercial y su potencial acaba de comenzar a ser reconocido. Si continúa desempeñándose en más pruebas, debería ser un fuerte competidor como material de chip para la tecnología futura.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Básicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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