Fabricado el transistor más pequeño del mundo: tan solo 1 nanómetro de tamaño

Investigadores del Lawrence Berkeley National Laboratory de Berkeley (Estados Unidos) han fabricado un transistor de 1 nanómetro, llevando más allá una de las limitaciones físicas que las escalas tan reducidas imponen a los microchips actuales. Para conseguirlo han utilizado nanotubos de carbono y un material llamado disulfuro de molibdeno sobre la capa de silicio convencional.

El prototipo se ha fabricado utilizando disulfuro de molibdeno y la ayuda de nanotubos de carbono

La física impone un límite a la carrera sin fin por la miniaturización de los componentes básicos de la microelectrónica, límite al que siempre parece que nos estamos aproximando. La regla general es que cuanto más pequeños son los transistores de un chip, mejor: eso permite crear procesadores más rápidos, con menor consumo y de tamaño más reducido (o con más transistores en el mismo espacio). Ahí es donde entran los límites de la física: a partir de ciertos tamaños se sabe que los efectos cuánticos en los átomos de que están compuestos esos transistores harán inviable su funcionamiento.

Los expertos utilizan varias escalas clave en la fabricación de los transistores de los microchips, que hoy en día rondan los 14 nm (nanómetros, millonésimas de milímetro), aunque los de 22 y 32 nm también son muy comunes. Los transistores de Intel en los chips de la familia Broadwell, Atom y Skylake son de 14 nm; algo similar sucede en los de Apple: los A9 y A10 son de 14 y 16 nm, fabricados por Samsung y TSMC. El siguiente salto tecnológico son los 10 nm (previstos para 2017) para pasar luego a los 5 nm hacia 2020. Pero estas aspiraciones de futuro son, de momento, meras conjeturas.

Pese a su ínfimo tamaño mantiene las propiedades eléctricas apropiadas para un transistor

NEC e IBM ya fabricaron en 2002 y 2003 transistores de 5 y 6 mm a modo de demostración, y, posteriormente, otros de 10 nm con buen rendimiento, dando una pista acerca de que los nanotubos de carbono podrían ser el camino. Esto ha sido confirmado con la fabricación de demostración del transistor más pequeño del mundo, de tan solo 1 nm, en el Berkeley Lab. El trabajo completo con todos los detalles ya se ha publicado en la revista Science.

Nuevos materiales para una nueva escala

El disulfuro de molibdeno que se ha utilizado reemplaza al silicio como componente de las puertas del transistor. Tiene propiedades interesantes, según sus creadores, especialmente su buen comportamiento eléctrico. Esto permite encenderlo y apagarlo millones de veces por segundo, como los transistores actuales de los microchips. El nanotubo de carbono se emplea durante su fabricación porque los sistemas convencionales, como la litografía, no sirven a esa escala. Además, se aprovecha su estructura cilíndrica a modo de electrodos, con buen comportamiento.

Con elementos así de pequeños pueden crearse chips más pequeños, rápidos y eficaces

El avance que supone este transistor es interesante, pero los investigadores avisan de que se trata tan solo de una demostración científica, como las que ya hicieran IBM, NEC, Toshiba y otros hace más de una década: “Es una prueba de concepto. Ni hemos empaquetado miles de millones de transistores en un chip ni hemos desarrollado los sistemas para evitar las complicaciones típicas que surgen durante el proceso de fabricación. Pero es importante haber demostrado que ya no estamos limitados a 5 nm con el tamaño de las puertas de los transistores. La Ley de Moore podrá seguir cumpliéndose si somos capaces de utilizar los materiales, arquitectura e ingenierías adecuadas”, advierten.