A medida que los consumidores de todo el mundo se han vuelto cada vez más dependientes de la electrónica, el transistor, un componente semiconductor central para el funcionamiento de estos dispositivos, se ha convertido en un tema crítico de la investigación científica. Durante las últimas décadas, los científicos e ingenieros han podidoambos reducen el tamaño promedio del transistor y reducen drásticamente sus costos de producción. La generación actual de teléfonos inteligentes, por ejemplo, se basa en chips que cuentan con más de 3.300 millones de transistores.
La mayoría de los transistores están basados en silicio y la tecnología de silicio ha impulsado la revolución de la computadora. Sin embargo, en algunas aplicaciones, el silicio tiene limitaciones significativas. Estas incluyen el uso en dispositivos electrónicos de alta potencia y en entornos hostiles como el motor de un automóvil o bajo rayos cósmicosbombardeo en el espacio. Los dispositivos de silicio son propensos a fallar y fallar en entornos difíciles.
Al abordar estos desafíos, Jiangwei Liu, del Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales de Japón, y sus colegas describen esta semana en la revista un nuevo trabajo de desarrollo de transistores basados en diamantes letras de física aplicada , de AIP Publishing.
"Los transistores basados en silicio a menudo sufren una alta pérdida de conmutación durante la transmisión de potencia y fallan cuando se exponen a temperaturas extremadamente altas o niveles de radiación", dijo Liu. "Dada la importancia de desarrollar dispositivos que usen menos potencia y funcionen en condiciones difíciles,Ha habido mucho interés dentro de la comunidad científica en general para determinar una forma de construir transistores que utilicen diamantes fabricados, que son un material muy duradero ".
Y con este mismo interés en mente, el equipo desarrolló un nuevo proceso de fabricación que involucra diamantes, acercando la "electrónica endurecida" a la realización.
"Los diamantes manufacturados tienen una serie de propiedades físicas que los hacen muy interesantes para los investigadores que trabajan con transistores", dijo Yasuo Koide, profesor y científico principal del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales que lidera el grupo de investigación. "No solo son físicamentemateriales duros, también conducen bien el calor, lo que significa que pueden hacer frente a altos niveles de potencia y operar a temperaturas más altas. Además, pueden soportar voltajes más grandes que los materiales semiconductores existentes antes de descomponerse ".
El grupo de investigación centró su trabajo en los transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido de metal en modo de mejora MOSFET, un tipo de transistor que se usa comúnmente en electrónica. Una de las características distintivas de los transistores es la inclusión de un terminal aislado llamadouna "puerta" cuyo voltaje de entrada determina si el transistor conducirá electricidad o no.
"Uno de los desarrollos que hace que nuestro proceso de fabricación sea innovador es que depositamos el aislante de óxido de itrio Y2O3 directamente en la superficie del diamante [para formar la puerta]", dijo Liu. "Añadimos el óxido de itrio al diamantecon una técnica conocida como evaporación por haz de electrones, que implica el uso de un haz de electrones para transformar moléculas de óxido de itrio del estado sólido al estado gaseoso para que puedan cubrir una superficie y solidificarse sobre ella ".
Según Liu, el óxido de itrio tiene muchas cualidades deseables, incluida una alta estabilidad térmica, una fuerte afinidad por el oxígeno y una energía de banda ancha, lo que contribuye a sus capacidades como aislante.
"Otra innovación fue que el óxido de itrio se depositó como una sola capa", dijo Liu. "En nuestro trabajo anterior, hemos creado dos capas de óxido, pero una sola capa es atractiva porque es menos difícil y menos costosa de fabricar"
Liu y sus colegas esperan refinar su comprensión del movimiento de electrones a través del transistor de diamante con futuros proyectos de investigación.
"Trabajamos con un tipo de diamante fabricado que tiene una capa de hidrógeno en su superficie. Uno de los desafíos importantes en el futuro será comprender el mecanismo de conducción de electrones a través de esta capa de carbono-hidrógeno", dijo Liu.
"En última instancia, el objetivo de nuestro equipo es construir circuitos integrados con diamantes", dijo Koide. "Con esto en mente, esperamos que nuestro trabajo pueda apoyar el desarrollo de dispositivos eficientes en energía que puedan funcionar en condiciones de calor o radiación extremos."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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