Durante más de una década, los investigadores han prometido que los nanotubos de carbono, con sus propiedades eléctricas superiores, permitirían crear mejores transistores a tamaños cada vez más pequeños, aunque esa afirmación no había sido probada en el laboratorio a tales extremos. Investigadores de IBM han fabricado transistores de nanotubos y aseguran que esta es la primera evidencia experimental de que el material resulta un potencial reemplazo viable del silicio a un tamaño menor de 10 nanómetros.
"Los resultados realmente resaltan el valor de los nanotubos en el tipo más sofisticado de transistores", afirma John Rogers, profesor de ciencias de los materiales en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EE.UU.). "Sugieren, muy claramente, que los nanotubos tienen el potencial de lograr realmente competir con el silicio, o de ser un elemento complementario".
La disminución del tamaño de los transistores de silicio en las últimas décadas ha reducido el coste de la electrónica y ha conducido a una mayor potencia de procesamiento con un menor consumo de energía. Sin embargo, la reducción de la electrónica de silicio podría tener su límite alrededor de los 10 nanómetros, indica Aaron Franklin, investigador del Centro de Investigación Watson de IBM en Yorktown Heights, Nueva York. "Estamos llegando a los límites físicos", señala. A medida que los transistores se hacen más pequeños, es más difícil controlar el modo en que los electrones se mueven a través del canal de silicio para encender y apagar el transistor. Al tener que hacer frente a este comportamiento 'rebelde' que incrementa el consumo energético, Intel anunció el año pasado que cambiaría a un nuevo diseño de transistor en tres dimensiones para su generación de chips de 22 nanómetros. Otras empresas, sin embargo, están trabajando en los llamados transistores de cuerpo ultrafino. No obstante, al margen de la forma que se le dé, el silicio es silicio, y utilizarlo a tamaños tan pequeños presenta problemas incluso en estos nuevos diseños.
Se ha dicho de muchos materiales, entre ellos los nanotubos de carbono, que son el reemplazo potencial del silicio. Los nanotubos y otros materiales han resultado prometedores para su uso en transistores más grandes, pero hasta ahora nadie había hecho una demostración de un transistor de nanotubos de carbono de menos de 10 nanómetros. "Si los nanotubos no logran ir mucho más lejos que el silicio, trabajar en ellos es una pérdida de tiempo", señala Franklin. "Hemos hecho transistores de nanotubos de dimensiones enormemente reducidas, y hemos demostrado que son mucho mejores que los mejores dispositivos de silicio".
Para comprobar cómo afecta el tamaño de un transistor de nanotubos a su rendimiento, el grupo de Franklin creó varios transistores de diferentes tamaños a lo largo de un único nanotubo. Esto les permitió controlar las posibles variaciones que puedan producirse de nanotubo a nanotubo. En primer lugar, tuvieron que colocar una capa muy delgada de material aislante sobre la que asentar los nanotubos. Después, desarrollaron un proceso de dos pasos para agregarles puertas eléctricas sin dañarlos. Estas técnicas no están en absoluto listas para la manufactura, pero permitieron al grupo de IBM crear los primeros dispositivos de nanotubos de menos de 10 nanómetros y ponerlos a prueba en el laboratorio. El trabajo se describe en la revista Nano Letters.
El grupo de IBM demostró que su transistor de nanotubos de nueve nanómetros tenía un consumo de energía mucho menor que otros transistores del mismo tamaño. Además, puede llevar más corriente que otros dispositivos de silicio comparables, lo que da como resultado una mejor señal.
Siguen existiendo varios problemas de ingeniería importantes, explica Franklin. En primer lugar, los investigadores tienen que encontrar mejores métodos para crear lotes puros de nanotubos semiconductores: añadir tubos metálicos a la mezcla provocaría cortocircuitos en los circuitos integrados. En segundo lugar, deben crear un modo de colocar un gran número de nanotubos en una superficie con una alineación perfecta.