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La clave:
- El nuevo transistor basado en bismuto podría revolucionar el diseño de chips, ofreciendo una mayor eficiencia y superando las limitaciones del silicio.
- El transistor basado en bismuto del equipo chino supera a los chips comerciales de gama alta.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Pekín afirma haber logrado un gran avance en la tecnología de chips, que podría transformar la carrera de los semiconductores.
Se dice que su nuevo transistor 2D es un 40 % más rápido que los últimos chips de silicio de 3 nanómetros de Intel y TSMC, a la vez que consume un 10 % menos de energía. Esta innovación, según afirman, podría permitir a China superar por completo los desafíos de la fabricación de chips basados en silicio.
“Es el transistor más rápido y eficiente jamás creado”, según un comunicado oficial publicado la semana pasada en el sitio web de PKU.
Dirigido por el profesor de química física Peng Hailin, el equipo de investigación cree que su enfoque representa un cambio fundamental en la tecnología de semiconductores.
“Si las innovaciones de chips basadas en materiales existentes se consideran un ‘atajo’, entonces nuestro desarrollo de transistores basados en materiales 2D es similar a ‘cambiar de carril'”, dijo Peng en el comunicado.
Superando las barreras de los semiconductores
El avance del equipo chino gira en torno a un transistor basado en bismuto que supera a los chips comerciales más avanzados de Intel, TSMC, Samsung y el Centro Interuniversitario de Microelectrónica de Bélgica.
A diferencia de los transistores tradicionales basados en silicio, que tienen dificultades para la miniaturización y la eficiencia energética en escalas extremadamente pequeñas, este nuevo diseño ofrece una solución sin esas limitaciones.
Según Peng, si bien las sanciones lideradas por Estados Unidos han restringido el acceso de China a los transistores más avanzados basados en silicio, las limitaciones también han llevado a los investigadores chinos a explorar soluciones alternativas.
“Si bien este camino nace de la necesidad debido a las sanciones actuales, también obliga a los investigadores a buscar soluciones desde nuevas perspectivas”, añadió.
El estudio describe cómo el equipo desarrolló un transistor de efecto de campo de puerta envolvente (GAAFET) utilizando materiales a base de bismuto. Este diseño representa una diferencia significativa con respecto a la estructura del transistor de efecto de campo Fin (FinFET), que ha sido el estándar de la industria desde que Intel lo comercializó en 2011.
Una nueva era para la tecnología de chips
Las limitaciones de los chips de silicio se han hecho cada vez más evidentes a medida que la industria intenta ampliar la densidad de integración por encima de los 3 nanómetros. La nueva estructura GAAFET elimina la necesidad de la “aleta” utilizada en los diseños FinFET, aumentando así el área de contacto entre la puerta y el canal.
Los investigadores compararon este cambio con el intercambio de edificios altos por puentes conectados, lo que facilitaría el movimiento de los electrones, según informó el South China Morning Post .
Para optimizar aún más el rendimiento, los investigadores recurrieron a materiales semiconductores 2D. Estos materiales presentan un espesor atómico uniforme y mayor movilidad que el silicio, lo que los convierte en una alternativa viable para los chips de próxima generación . Sin embargo, los intentos anteriores de utilizar materiales 2D en transistores se enfrentaron a problemas estructurales que limitaron su eficacia.
El equipo de PKU superó estos obstáculos diseñando sus propios materiales a base de bismuto, concretamente Bi₂O₂Se y Bi₂SeO₃, que actúan como semiconductor y óxido de alto dieléctrico, respectivamente. La alta constante dieléctrica de estos materiales reduce la pérdida de energía, minimiza los requisitos de voltaje y mejora la potencia de procesamiento, a la vez que reduce el consumo energético.
Los investigadores fabricaron sus transistores experimentales utilizando la plataforma de procesamiento de alta precisión de PKU.
Los resultados se validaron mediante cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT), que confirmaron que la interfaz del material Bi2O2Se/Bi2SeO5 tenía menos defectos y un flujo de electrones más suave que las interfaces semiconductor-óxido existentes.
“Esto reduce la dispersión de electrones y la pérdida de corriente, lo que permite que los electrones fluyan casi sin resistencia, de forma similar al agua que se mueve a través de una tubería lisa”, explicó Peng.
Con transistores basados en esta tecnología capaces de funcionar 1,4 veces más rápido que los chips de silicio más avanzados con el 90 % de su consumo energético, el equipo de PKU trabaja ahora en ampliar la producción. Ya han construido pequeñas unidades lógicas con los nuevos transistores, demostrando una alta ganancia de voltaje a voltajes de operación ultrabajos.
Fuente: Sujita Sinha-Interesting Engineering
Foto: anne-nygard-unsplash
