Un equipo de investigadores ha desarrollado una nueva forma de producir matrices muy densas de nanotubos de carbono adecuadas para la fabricación de circuitos integrados complejos.

Los transistores de nanotubos han demostrado ser prometedores en los prototipos simples experimentales, pero integrarlos en los circuitos complejos—necesarios para los chips que utilizan los ordenadores y teléfonos móviles—ha resultado ser difícil. Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford está utilizando un nuevo método de fabricación para construir circuitos cada vez más complejos que esperan que pronto rivalicen con la velocidad de los de silicio.

Durante años, a los ingenieros informáticos les ha preocupado que, a medida que continúen miniaturizando los transistores de silicio con el fin de incluir más potencia de computación en espacios cada vez más pequeños, se encontrarían con los límites físicos del material. Actualmente, se están explorando muchos posibles reemplazos, incluyendo semiconductores exóticos y otra forma del carbono, llamada grafeno. Sin embargo, para la lógica digital, muchos creen que los nanotubos de carbono son los más prometedores. "Ningún otro material ha demostrado la misma capacidad de reducción de tamaño tan agresivamente como los nanotubos de carbono", destaca Aaron Franklin, investigador del Centro de Investigación Watson de IBM en Yorktown Heights, Nueva York. Cuando los transistores de silicio se miniaturizan a una escala comparable, empiezan a tener fugas y a volverse inestables.

Sin embargo, fabricar un único transistor de nanotubos de alto rendimiento es una cosa, producir una gran matriz de nanotubos integrados en un circuito es otra muy distinta. En los últimos años, los investigadores de Stanford han desarrollado algunos de los circuitos de nanotubos más complejos jamás producidos. El equipo desarrolló soluciones para superar las imperfecciones de los nanotubos de carbono—por ejemplo, la presencia de tubos metálicos entre los tubos semiconductores necesarios para los transistores. Sin embargo, estos circuitos todavía son relativamente simples, pudiendo llevar a cabo operaciones aritméticas de un nivel parecido al de los circuitos de silicio disponibles en la década de 1960.

El cuello de botella ha sido la producción de matrices densas de nanotubos de carbono bien alineados. Los profesores de Stanford H-S Philip Wong y Subhasish Mitra habían utilizado anteriormente una técnica de estampado para la transferencia de nanotubos bien alineados cultivados sobre cuarzo a una oblea de dióxido de silicio para su integración en matrices de transistores y en circuitos. Sin embargo, no había muchos nanotubos en cada transistor que fueran capaces de conducir la corriente, y los transistores de baja corriente no tenían una salida lo suficientemente potente para integrarlos en circuitos complejos. Esto se debe a que los investigadores de Stanford sólo eran capaces de realizar una etapa de transferencia antes que los nanotubos se enredaran de forma que no hubieran podido ser utilizados para fabricar un transistor. Cuando los investigadores intentan colocar más nanotubos con la esperanza de obtener un aumento proporcional de la corriente, explica Mitra, "ocurren todo tipo de interacciones extrañas y a veces se consigue incluso menos corriente."

Los mismos investigadores han desarrollado un método para mantener quietas unas capas de nanotubos mientras se depositan otras capas encima. "Los nanotubos son como hilos frágiles que quieren interactuar unos con otros", indica Mitra. "Tuvimos que agregar una capa fina de un sólido entremedio para protegerlos."

El equipo de investigadores de Stanford colocó una capa delgada de oro con cada estampado. Una vez que el oro y los nanotubos están en su lugar, los investigadores eliminan las áreas de oro en las que desean colocar los contactos eléctricos de cada transistor. A continuación, rellenan los agujeros con un material metálico de contacto como titanio o paladio. Por último, retiran el resto del oro. Esta estructura entera se construye sobre una oblea de dióxido de silicio modelada con puertas traseras para los transistores. Este trabajo se describe en línea esta semana en la revista Nano Letters .

Mitra comenta que debería ser posible realizar varias transferencias para obtener una densidad de entre 100 y 200 nanotubos por micrómetro. Esta técnica de transferencia también es compatible con las técnicas que el grupo ha desarrollado en el pasado para hacer frente los nanotubos metálicos descarriados y a los ocasionales nanotubos desalineados.

"En la actualidad, trabajar con nanotubos es complicado", afirma Franklin. Sin embargo, "no hay ningún cuello de botella fundamental que indique que esto no sea posible."