Avances en la electrónica del grafeno

Nuevos avances en la confección de circuitos electrónicos realizados en grafeno nos dicen que algún día contaremos con una nueva nanoelectrónica.

Ilustración del transistor de grafeno. Fuente: IBM.

Hace no tantos años describíamos en NeoFronteras los primeros pasos del grafeno, que son las láminas de grosor atómico constituidas por carbono que forman el grafito. Antes de esa época no se sabía siquiera que el grafeno pudiera existir de forma aislada y estable. Los primeros experimentos de extracción de grafeno se basaban en sistemas tan rudimentarios como pegar una lámina de cinta adhesiva sobre un trozo de grafito y retirarla de él con la esperanza de haberse llevado alguna lámina de grafeno. Mucho se ha avanzado desde entonces en el campo. Las esperanzas una vez depositadas en este material como substrato para una electrónica avanzada nanotecnológica parece que se van cumpliendo.

El grafeno tiene propiedades eléctricas, ópticas, térmicas y mecánicas únicas. Los átomos de carbono se disponen en el grafeno en forma de una red hexagonal. Por esa monocapa los electrones pueden circular a 1.000.000 m/s, mucho más rápido que en el silicio y una fracción importante de la velocidad de la luz*, lo que le hace candidato a una electrónica rápida, unas 100 ó 1000 veces más rápida que la basada en silicio. Si esta tecnología se puede al final desarrollar el negocio podría ser multimillonario.

En los últimos días se han producido un par de noticias al respecto. En un primer caso, investigadores de Penn State han conseguido “obleas” de 100 mm de diámetro sobre las que han podido grabar múltiples circuitos. Para sintetizar estas obleas utilizan un proceso de sublimación de silicio, que en definitiva se basa en calentar una lámina de carburo de silicio en la que los átomos de silicio de la superficie escapan de ella hasta que sobre la misma sólo queda una monocapa o bicapa de carbono que finalmente forma el grafeno. La plusmarca de 10 cm de diámetro dobla la marca anterior y se espera llegar a los 20 cm pronto.

La oblea en cuestión y un detalle de su superficie que muestra los circuitos. Fuente: Penn State.

Pero son los investigadores de IBM los que parecen haber confeccionado con tanto éxito transistores basados en grafeno que han pulverizado el record en frecuencia de reloj. Un transistor de radiofrecuencia fabricado por esta compañía ha alcanzado los 100 GHz (100.000 millones de ciclos por segundo). Al parecer DARPA está muy interesada en este tipo de aplicaciones para la nueva generación de dispositivos de comunicación.

En este caso el grafeno se hace crecer por epitaxia usando un proceso compatible con el empleado en la fabricación de dispositivos de silicio. IBM espera también emplear este tipo de electrónica en nuevos circuitos integrados.

El nuevo transistor utiliza una arquitectura de puerta metálica superior y un aislante basado en polímeros y óxido de alta constante dieléctrica (los detalles dados por IBM son un tanto vagos por obvias razones). La longitud de la puerta es modesta, de 240 nm, dejando amplia libertad para la optimización de su comportamiento y a su miniaturización.

Pero la frecuencia alcanzada excede la mejor lograda en silicio, situada en los 40 GHz. En otros transistores basados en grafeno se habían obtenido marcas de sólo 26 GHz.

* Esta característica incluso le ha hecho merecedor al grafeno de un episodio en la serie “The Big Bang Theory” recientemente.