La industria de la electrónica de consumo se erige sobre el transistor de efecto campo (FET, por sus siglas en inglés). Estos dispositivos trabajan sigilosamente en prácticamente cada hogar, oficina y laboratorio del mundo desarrollado. Hay miles de millones de ellos en los microchips.

Pero a pesar de su amplio uso, los FET se enfrenta a un problema que mantiene en vilo a los diseñadores de chips: cómo reducir su tamaño y mantener el ritmo incesante de la ley de Moore.

Los transistores de efecto campo ya son tan diminutos que empequeñecerlos más presenta una multitud de retos nada fáciles de superar. Los componentes de los transistores de efecto de campo más recientes miden unos pocos nanómetros de largo, y su grosor es el de unas pocas capas atómicas de silicio.

Estas capas de silicio tienen que ser dopadas con otros átomos. A una escala tan pequeña, el nivel de átomos requeridos es muy bajo, sin embargo es precisamente ahí donde reside el problema. La más mínima variación en el número de átomos presentes en los componentes semiconductores pueden tener un enorme impacto sobre el comportamiento del transistor.

Todavía no se sabe cómo controlar estas variaciones durante la fabricación. Y después, está el problema físico de fabricar un dispositivo con tres terminales aún más pequeñas. Así que está claro que los diseñadores de chips ansían el desarrollo de otro dispositivo con el que pudieran fabricar chips plagados de componentes aún más pequeños.

Esta semana, el investigador de la Universidad de Carolina del Norte en Charlotte (EEUU) Jason Marmon y varios compañeros han presentado exactamente eso: un dispositivo en forma de fototransistor. En esencia, es un cable que conduce electricidad cuando recibe iluminación e impide su paso cuando está a oscuras. En otras palabras, es un interruptor controlado por la luz. El equipo afirma que su nuevo dispositivo es más sencillo que el transistor de efecto campo y no depende de átomos dopantes, por lo que se puede hacer más pequeño y así cumplir con la ley de Moore.

Primero, un poco de contexto. Un transistor de efecto de campo es un dispositivo con tres terminales: una fuente, un drenador y una puerta. El voltaje aplicado a la puerta determina la cantidad de corriente que fluye entre la fuente y el drenador. Esto activa o desactiva la corriente.

El fototransistor funciona de otra forma completamente distinta. Sencillamente, es un nanocable por el que puede fluir una corriente en función de la cantidad de luz que recibe. En otras palabras, es posible utilizar luz para activar y desactivar la corriente. Este efecto fotoconductor no tiene nada nuevo ni especial. Ocurre cuando la absorción de luz aumenta el número de electrones y agujeros de un semiconductor, lo que aumenta su conductividad.

Sin embargo, los materiales fotoconductores nunca han sido adecuados como transistores porque su efecto sólo se produce cerca de la superficie del material y no por toda su extensión. Por tanto, no representan unos interruptores fiables. Pero eso cambia cuando un material fotoconductor sólo tiene varias capas atómicas de grosor. En ese caso, el efecto fotoconductor se produce por todo el material, haciendo que sea mucho más robusto como interruptor.

El trabajo del equipo de Marmon se ha centrado en modular el comportamiento de nanocables semiconductores de cadmio y selenio. Y dice que estos cables demuestran funciones útiles y únicas.

Para empezar, los cables operan bien como interruptores, en algunos aspectos, incluso mejor que los FET. Por ejemplo, para un voltaje de unos 1,5 voltios, la corriente que dejan pasar cuando están activos es un millón de veces mayor que cuando están inactivos. "[Un fototransistor] puede replicar la función básica de interruptor del moderno transistor de efecto campo con unas características competitivas (y potencialmente mejoradas)", afirma Marmon.

Pero sus cables, además, presentan unas capacidades totalmente nuevas. El dispositivo sirve como un amplificador óptico y también puede ejecutar operaciones básicas de lógica al emplear dos láseres o más en lugar de uno. Es algo de lo que no es capaz un sólo transistor de efecto campo.

Y la gran ventaja es que puesto que el efecto fototransmisor no requiere átomos dopantes, no es suceptible a los problemas de la variación aleatoria que sufren los FET. Los nanocables también son más sencillos que los transistores, por lo que podrían resultar más baratos y fáciles de fabricar.

Por supuesto, quedan muchos obstáculos por delante antes de que estos dispositivos puedan ser integrados en chips o incluso fabricados a escala industrial. Los ingenieros electrónicos querrán adquirir un mayor entendimiento de las características del dispositivo en un abanico más amplio de condiciones. También querrán saber cómo rinde con las técnicas modernas de fabricación masiva.

Luego está la cuestión de la arquitectura de los chips. ¿Cómo se podrán enfocar con precisión mil millones de nanocables con luz, y cómo afectará esto al consumo energético?

No obstante, los fototransistores ofrecen un amplio abanico de posibilidades fascinantes, especialmente respecto a las operaciones lógicas ópticas. Será interesante observar hasta dónde los llevan estos investigadores .

Ref: arxiv.org/abs/1601.04748: Light-Effect Transistor (LET) with Multiple Independent Gating Controls for Optical Logic Gates and Optical Amplification