Investigadores de la Universidad de Pekín y otros institutos en China han logrado miniaturizar los nanotubos de carbono hacia una escala FET (Field-Effect Transistor) de 90 nm, la más densa jamás lograda, trazando así un curso a una densidad equivalente a la de los nodos semiconductores de 10 nm de hoy. Publicado originalmente en Naturaleza Electrónicala investigación marca la mayor miniaturización de un FET basado en tubos de carbono hasta ahora y podría ayudar a China a modernizar su tecnología de fabricación de manera que la proteja de las sanciones tecnológicas de EE. UU. y sus aliados.
Los nanotubos de carbono han sido durante mucho tiempo (léase: mucho tiempo) uno de los candidatos más prometedores para un diseño de transistor actualizado que es capaz de velocidades de conmutación más rápidas (frecuencias operativas más altas) con menos fugas (menos desperdicio de electricidad) y, en última instancia, mayor eficiencia y rendimiento.
«El progreso reciente en la consecución de matrices de nanotubos de carbono semiconductores de alta densidad a escala de obleas nos acercó un paso más al uso práctico de nanotubos de carbono en circuitos CMOS», dijo a Phys.org Zhiyong Zhang, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio. «Sin embargo, los esfuerzos de investigación anteriores se han centrado principalmente en escalar la longitud del canal o de la puerta de los transistores de nanotubos de carbono manteniendo grandes dimensiones de contacto, lo que no se puede aceptar para los circuitos CMOS de alta densidad en aplicaciones prácticas», agregó.
El problema al que hace referencia Zhiyong Zhang es conocido por nosotros, los entusiastas de la tecnología: hace mucho tiempo que la carrera de los nanómetros se ha convertido más en un impulso de marketing que en una descripción real del tamaño de los transistores integrados en el diseño. Recientemente hemos visto una admisión de este problema exacto dentro de los esfuerzos de cambio de marca de Intel para su proceso SuperFin de 10 nm (ahora solo Intel 7, con el elemento «nm» ofensivo y en su mayoría inútil que se muestra como la salida más fácil). Pero, ¿por qué vender su producto como un proceso de 12 nm «real» cuando 10 nm es más pequeño y, por lo tanto, mejor?
Dejando de lado los golpes de pecho de marketing, la industria de los semiconductores tiene un estándar para caracterizar los transistores a nivel nanométrico: paso de puerta contactado y el área de celda SRAM de 6T.
Los investigadores adoptaron un enfoque de ajuste fino para su diseño, reduciendo la escala de diseños más fáciles y menos densos hasta que alcanzaron el punto de ruptura equivalente a 10 nm. Los diseños iniciales de FET de nanotubos de carbono logrados por el equipo presentaban una «densidad nm» a 175 nm, pero presentaban características de densidad, conmutación y térmicas que superaban las logradas con procesos CMOS de 45 nm. Luego pasaron a un diseño de nanotubos de carbono de 90 nm, que una vez más demostró ser funcional.
«Nuestro trabajo demostró experimentalmente una verdadera tecnología de nodo de 90 nm utilizando nanotubos de carbono, que podrían hacerse geométricamente más pequeños y ofrecer un rendimiento electrónico superior al de los transistores de nodo de silicio de 90 nm».
Para permitir esta escala impresionante, los investigadores tuvieron que idear una nueva forma de cortar los nanotubos de carbono (cuya longitud normalmente define la resistencia eléctrica del tubo) para poder crear tubos más cortos que todavía mostraran las características eléctricas requeridas. Al final, esperan que su diseño FET de nanotubos de carbono sea escalable a tamaños comparables a los que se encuentran en los transistores de silicio de nodo de 10 nm.
Hay algo que decir sobre las recientes victorias de China en los campos académico y de investigación, ya que el país busca una salida a las restricciones de importación de tecnología y chips impuestas por EE. son competitivos con sus contrapartes occidentales. Una forma de que China eluda las restricciones es que el país simplemente haga la investigación por sí mismo. Cuanto más avanzada sea la investigación, mejor: China necesitará más tiempo para adquirir los materiales, las patentes y la tecnología que le permitirán buscar y fabricar estos productos sin verse obstaculizada por las restricciones comerciales.