Rompiendo los límites: RAM estática hecha de nanotubos de carbono

Rompiendo los límites: RAM estática hecha de nanotubos de carbono

Estamos llegando a un punto donde los avances de los procesadores hacen que los transistores estén fabricados en tamaños ya cercanos a algunas moléculas, como la hemoglobina de 5 nanómetros. A este ritmo de reducción el comportamiento de los electrones estará sujeto a los efectos cuánticos, causando comportamientos impredecibles y no controlados, lo que sería no apto para un chip.

Llegados a este punto límite, una posible solución para seguir avanzando y hacer los chips más pequeños, potentes y eficientes, es usar moléculas de forma individual que repliquen las funciones necesarias en un chip. Los candidatos más prometedores con los nanotubos de carbono, ya que se encuentran de forma natural en semiconductores y formas metálicas. El problema es que encontrar los nanotubos adecuados en una estructura donde puedan trabajar de forma consistente es el gran desafio.

Un equipo de investigadores ha logrado mostrar que las propiedades de los nanotubos pueden ser manipuladas y preservadas de tal manera que los hagan útiles para su uso en aplicaciones electrónicas. El desarrollo se ha hecho con agrupaciones de nanotubos en lugar de moleculas individuales, pero han logrado transformar los nanotubos en una RAM totalmente funcional.

La tecnología de semiconductores se basa en dos tipos de materiales: los que favorecen el transporte de electrones y los “agujeros”. La conducción de corriente en los semiconductores se producen a través del movimiento de los electrones libres y los “agujeros”, conocidos colectivamente como portadores de carga.

Ni los átomos de silicio, ni los de germanio (los materiales que se usan en electrónica) en su forma cristalina ceden ni aceptan electrones en su última órbita; por tanto, no permiten la circulación de la corriente eléctrica, es decir, se comportan como materiales aislantes.

Pero, si a la estructura cristalina de uno de esos elementos semiconductores la dopamos añadiéndole una pequeña cantidad de impurezas provenientes de diferentes átomos, se alterará el número de portadores de carga en ella. Cuando un semiconductor dopado contiene en su mayoría huecos libres que se llama “tipo p”, y cuando contiene electrones libres en su mayoría se conoce como “de tipo n”. Los materiales semiconductores que se utilizan en dispositivos electrónicos se dopan bajo condiciones precisas para el control de la concentración de dopantes y las regiones p y de tipo n. Un solo cristal semiconductor puede tener muchas regiones p y tipo n; los p-n uniones entre estas regiones son responsables del comportamiento electrónico de utilidad.

Lo interesante es que ese comportamiento se puede replicar a través de los nanotubos. El oxígeno, por ejemplo, es absorbido en la superficie de los nanotubos, convirtiéndolo en un semiconductor tipo p. Otras reacciones químicas pueden hacer uno de tipo n.

Para hacer el circuito comenzaron con una serie de nanotubos hechos semiconductores del tipo p, aislados por un material que pudiese ser tratado por la luz como se hace en los chips de silicio que todos usamos a diario inconscientemente. El aislante se diseña y se propaga y se realiza una reacción química para realizar los semiconductores del tipo n. Toda la superficie está cubierta de dióxido de aluminio para sellar el “chip”.

Hileras de nanotubos de carbono. Fraunhofer.

Hileras de nanotubos de carbono. Fraunhofer.

El sellado es fundamental y crítico para el funcionamiento, ya que el oxígeno de la atmósfera alteraría el funcionamiento estipulado por diseño de los nanotubos. Sin sellar su rendimiento se degrada por un factor de 1000 en un periodo muy corto de tiempo, sellados logran rendir bien durante más de dos días.

En lugar de detenerse en este logro, decidieron intentar implementar un circuito funcional: una memoria RAM usando nanotubos. Lograron hacer funcionar una RAM estática cuyo rendimiento fue estable durante miles de lecturas y escrituras, todo a temperatura ambiente. Es importante subrayar que no se hizo con nanotubos individuales, cada componente era un conglomerado sin distribuir de nanotubos.

Pero como primera prueba de principio, el trabajo es cuanto menos interesante y establece una gran pregunta: ¿cuál será el futuro a las limitaciones de los semiconductores que empleamos hoy en día?

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