23/10/2010
El transistor de triple: El transistores de grafeno único como este, se pueden hacer funcionar en tres modos y llevar a cabo funciones que normalmente requieren varios transistores en un circuito.
Crédito: Balandin Alexander
El potencial del grafeno; fue reconocido a principios de este mes, cuando los primeros que lo estudiaron en el labwon, a través del Premio Nobel de Física el 2010. Pero los investigadores, están comenzando a encontrar la manera de aprovechar el material, de la novela de carbono, en los dispositivos electrónicos.
Los investigadores, ya han hecho en forma rápida transistores de grafeno. Ahora que han usado el grafeno, para hacer un transistor, que se puede cambiar, entre tres modos diferentes de operación, lo que no se puede hacer en los circuitos convencionales, donde esta función, es realizada por tres transistores por separado. Los transistores, configurables de grafeno, podría llevar a chips más compactos para enviar y recibir señales inalámbricas.
Los chips, que utilizan menos transistores, manteniendo las mismas funciones, podrían ser menos costosos, consumen menos energía, y la habilitación libre en el interior de aparatos electrónicos portátiles, como los teléfonos inteligentes, donde el espacio es reducido, lo que mejoraria el diseño. El transistor de grafeno, es un dispositivo analógico, del tipo que se utiliza para las comunicaciones inalámbricas, en los auriculares Bluetooth e identificación por radio frecuencia (RFID).
La estructura perfecta del grafeno, a nivel atómico, proporciona mejor conductibilidad para los electrones, a temperatura ambiente. Hasta ahora, se ha utilizado para fabricar transistores, donde el interruptor funciona alrededor de 100 gigahertz, ó 100 mil millones de veces, por segundo, es 10 veces más rápido que los mejores transistores de silicio, este material podrían hacer transistores 1.000 veces más rápidos. Y debido a que la superficie del grafeno, es lisa y plana, debe ser compatible con el equipo de fabricación de chips, en fábricas de semiconductores.
Pero el grafeno, ofrece otras propiedades, además de simplemente ser un gran conductor de los electrones, dice José Mohanram, profesor de ingeniería eléctrica y computación en la Universidad Rice. También es posible cambiar el comportamiento de un transistor de grafeno, sobre la marcha, algo que no se puede hacer con los transistores de silicio convencionales. Los transistores, que componen los circuitos de lógica convencional de silicio, sólo puede comportarse de una de las dos formas, llamadas "n", para p "negativo o" de positivo, o bien controlar el flujo de electrones o el flujo de "agujeros" o cargas positivas. Ya sea que un transistor convencional, es el p-tipo, o de tipo n, se determina durante la fabricación. Sin embargo, el grafeno es ambipolar: se puede realizar tanto las cargas positivas y negativas.
Mohanram ha diseñado un transistor, que puede ser cambiado, de hecho lo ha probado con Balandin Alexander, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de California, en Riverside. Al cambiar el voltaje aplicado a una hoja de grafeno, con tres puertas eléctricas, que podrían cambiar el grafeno entre tres modos diferentes: de tipo n, tipo p, y un modo, en el que llevó a cabo, en cambio, de negativos a carga positiva igual. Este modo de transistor triple, actúa como un amplificador y se puede utilizar para codificar una secuencia de datos, al cambiar la frecuencia y la fase de una señal.
Los cambios en fase y frecuencia, se usan para codificar los datos en los dispositivos de telecomunicaciones, tales como auriculares Bluetooth y RFID.
El dispositivo Mohanram y Balandin, es el primero que puede hacer este nivel de procesamiento de señales, en un solo transistor. Por lo general, como la señalización requiere múltiples transistores. Su transistor, es un dispositivo de prueba de concepto, pero Mohanram dice, que demuestra lo que podría ser posible con el grafeno.
Otros grupos han demostrado, varias formas de usar transistores de grafeno, los nanotubos de carbono y moléculas orgánicas. Los investigadores dicen, que el nuevo circuito de grafeno en modo triple, se puede controlar mejor que estos dispositivos.
El control es fundamental, en el diseño de transistores que sean ambipolares, dice Subhasish Mitra, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en la Universidad de Stanford. "La gente solía considerar ambipolaridad, como algo malo", porque generalmente es difícil de controlar, el comportamiento de un transistor ambipolar, lo que hace difícil su uso en todo, comenta.
Mitra señala que los beneficios, se muestran en el plano de un solo transistor, ahora debe ser demostrado en los sistemas.
Las puertas eléctricas necesarias, para controlar el comportamiento de las matrices de los transistores ambipolares, podrían terminar haciendo los circuitos más difíciles de diseñar y fabricar. "Ahora que han demostrado que pueden hacer esto, tenemos que ver qué beneficios aporta a nivel de un sistema".
Balandin Mohanram, ahora están trabajando en los circuitos de grafeno, para probar los beneficios de ambipolaridad, en un nivel superior. También están cambiando el diseño de los transistores, en sí mismos para hacerlos más eficientes.
Nadie ha publicado ningún artículo, sobre la creación de circuitos integrados de transistores de grafeno, pero Balandin dice, que los investigadores están ahora a punto de poner todo junto. Como científicos de los materiales y en el trabajo del dispositivo como fabricantes, con la superación de los retos de trabajar con grafeno, dice Mohanram, los diseñadores de circuitos, deben mantenerse a la par con ellos, y pensar creativamente sobre ambipolaridad, así como otras posibilidades abiertas por el grafeno, y otros nano materiales. "Los nuevos diseños y nuevas formas de pensar, puede generar la zaga de desarrollo de nuevos materiales".
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