Desarrollan el primer transistor de grafeno a una frecuencia de 100 GHz destinado al desarrollo de dispositivos inalámbricos

La nanotecnología es una tecnología que permite y de la que se espera avances en diferentes campos. Estos incluyen materiales funcionales avanzados, sensores, herramientas, asistencia sanitaria, bio-análisis, purificación agua, tecnología de la energía, y más. Los científicos de IBM aplican su experiencia nanociencia a los problemas fuera de la nanoelectrónica y ayudan a abordan algunos de los mayores desafíos de nuestro tiempo, como el uso más eficiente de la energía solar, y nuevas formas de purificación o desalinización de agua.

Investigadores perteneciente  al Binnig y Rohrer Centro de Nanotecnología de IBM en Zurich (Suiza) han logrado desarrollar el primer transistor en cuya fabricacion se ha empleado grafeno, destinado al desarrollo de dispositivos inalámbricos. En un artículo publicado ayer en la revista Science, investigadores de IBM anunció el primer semiconductor de grafeno integrado en una oblea de silicio a escala nanotecnologicata,  soportando una frecuencia de funcionamiento de hasta 10 gigahertz (10 mil millones de ciclos por segundo). y temperaturas proximas a los 125 ºC, cifras muy por encima de las presentadas por el mismo equipo en Diciembre de 2.010. cuando IBM anunció que ha descubierto una nueva forma de crear chips integrando en la misma pieza de silicio equipos ópticos y eléctricos, lo que permite a los chips comunicarse usando pulsos de luz en lugar de señales eléctricas.

Diseñado pensando en las comunicaciones inalámbricas, este grafeno basados ​​en circuitos integrados analógicos podrían mejorar los dispositivos inalámbricos de hoy y apunta a la posibilidad de un nuevo conjunto de aplicaciones. En las frecuencias convencionales de hoy en día, las señales de teléfono celular y el transceptor se puede mejorar, permitiendo potencialmente a los teléfonos para trabajar donde no pueden hoy en día, mientras que, a frecuencias mucho más altas, los militares y el personal médico pudo ver armas ocultas o la conducta de imágenes médicas sin los peligros de la radiación misma rayos-X.

El grafeno, es el material electrónico más delgado, consiste en una sola capa de átomos de carbono embalado en una estructura de nido de abeja, posee excelentes propiedades eléctricas, ópticas, mecánicas y térmicas que podrían hacer que sea menos costoso y precise menos consumo de energía dentro de dispositivos electrónicos portátiles como los teléfonos inteligentes.

A pesar de importantes avances científicos en la comprensión de este nuevo material y la demostración de los dispositivos de alto rendimiento basados ​​en el grafeno, el desafío de los transistores de grafeno es integrarse con otros componentes en un solo chip, debido principalmente a una mala adherencia de grafeno con metales y óxidos y la falta de sistemas de fabricación fiable para producir dispositivos y circuitos reproducibles.

Este nuevo circuito integrado, que consiste en un transistor de grafeno y un par de bobinas compacta integrada en una oblea de carburo de silicio (SiC), superan los obstáculos de diseño mediante el desarrollo de procedimientos de fabricación de obleas a escala nano, que mantienen la calidad del grafeno y, al mismo tiempo, permiten su integración con otros componentes en un circuito complejo.

¿Cómo funciona?

El grafeno es sintetizada por tratamiento térmico de las obleas de carburo de silicio para formar capas de grafeno uniforme en la superficie de carburo de silicio. La fabricación de los circuitos de grafeno consta de cuatro capas de metal y dos capas de óxido que forman parte de lo transistores de grafeno, inducidos en chip y las interconexiones.

El circuito funciona como un alternador de frecuencia de banda ancha, que produce señales de salida con frecuencias mixtas (suma y la diferencia) de las señales de entrada. Los alternadores son componentes fundamentales de muchos sistemas de comunicación electrónica. Frecuencia de muestreo de hasta 10 GHz y la estabilidad termal excelente de hasta 125 ° C se ha demostrado con el circuito integrado de grafeno.

El esquema de fabricación desarrollados también se puede aplicar a otros tipos de grafeno, incluidos los vapores químicos depositados (ECV) películas de grafeno sintetizado en las películas de metal, y también son compatibles con la litografía óptica para reducir el coste y  aumentar el rendimiento.

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