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Computación

Componentes electrónicos prácticos y hechos con nanotubos

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Varios investigadores desarrollan un nuevo método para la fabricación de eficientes matrices de transistores hechos con nanotubos.

  • por Katherine Bourzac | traducido por Francisco Reyes (Opinno)
  • 23 Noviembre, 2009

Los nanotubos de carbono son un material prometedor para la fabricación de circuitos de control de pantallas puesto que son más eficientes que el silicio y se pueden distribuir en superficies flexibles. Hasta hace poco, no obstante, la fabricación de transistores con nanotubos había sido un proceso de extremada complejidad. Un grupo de investigadores de la Universidad de Southern California acaban de hacer una demostración de unas grandes series de transistores funcionales hechos con métodos simples y a partir de grupos de nanotubos de carbono de relativa impureza.

Los pixels en una pantalla de ordenador o televisión, tanto si es de LCD o de plasma, son controlados individualmente por varios transistores. En los dispositivos actuales, estos transistores están hechos de silicio. Dichos transistores necesitan ser fabricados utilizando altas temperaturas y en vacío, por lo que su precio es elevado, afirma Chongwu Zhou, profesor asociado de ingeniería eléctrica en USC, así como investigador dentro del proyecto de los nanotubos.

También se ha logrado fabricar transistores a partir de nanotubos de carbono, aunque ese proceso también presenta una serie de retos. “Mucha gente utiliza un nanotubo para crear transistores muy pequeños y de alto rendimiento” para los chips de ordenador, afirma Zhou. Aunque esa proporción uno-a-uno no funcionaría para las pantallas, en las que una gran superficie debe ser cubierta con transistores. “Si usamos un nanotubo para cada transistor, el rendimiento nunca será lo suficientemente alto” como para funcionar en la manufactura a gran escala de pantallas de gran tamaño, afirma. Zhou cree que su método solucionará este problema mediante la fabricación de transistores más grandes a partir de láminas de nanotubos.

Los investigadores de USC fabrican grandes series de transistores de nanotubos de carbono mediante el uso de unas técnicas de procesado en soluciones y a temperatura ambiente. En primer lugar colocan una oblea de silicio en un baño químico para cubrir su superficie con un elemento químico capaz de atraer a los nanotubos, para después escurrir los residuos. La oblea tratada se sumerge más tarde en una solución de nanotubos de carbono semiconductores, que son atraídos hasta su superficie. La oblea, que ahora está cubierta con una alfombra de nanotubos, vuelve a ser escurrida. Para lograr crear transistores a partir de esta maraña, los investigadores colocan electrodos de metal en localizaciones selectas. Los electrodos definen dónde está cada transistor y lleva a los electrones dentro y fuera de los nanotubos que se encuentran entre ellos. Las áreas de silicio colocadas por debajo de cada dispositivo actúan como las puertas del transistor. Hasta ahora, han logrado construir un dispositivo sobre una oblea de silicio de cuatro pulgadas y la han utilizado para controlar una sencilla pantalla orgánica de diodos emisores de luz. Este trabajo está descrito online en la revista Nano Letters.

Existen otros investigadores que han fabricado transistores a partir de alfombras de nanotubos utilizando procesos basados en soluciones, aunque todos esos proyectos comenzaron a partir de mezclas de nanotubos conductores y semiconductores, con lo que el rendimiento acabó siendo muy pobre. A finales del año pasado, un equipo de investigadores de IBM y de la Universidad de Northwestern utilizaron unos nanotubos semiconductores de alta pureza para fabricar series de transistores con un mayor rendimiento, en las que los nanotubos se alinean en líneas prácticamente rectas, lo que mejora sus propiedades eléctricas.

La importancia del trabajo de USC viene dada por el hecho de demostrar que las series fabricadas a partir de sólo un 95 por ciento de nanotubos semiconductores sin alinear aún son capaces de conseguir rendimientos lo suficientemente buenos para ser usadas en pantallas, afirma Zhou.

“Esta es la primera vez que alguien ha mostrado tubos semiconductores purificados y depositados en una solución para su uso en transistores de alta calidad,” afirma John Rogers, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. “Lo que hemos conseguido es la integración de varios métodos muy prometedores para demostrar una secuencia completa de fabricación de componentes electrónicos.”

Ahora que su grupo ha demostrado que estas técnicas son posibles, señala Zhou, lo siguiente será trabajar en la construcción de una pantalla de LEDs orgánicos verdaderamente integrada y que sea flexible y transparente. Una pantalla como esta podría enrollarse y guardarse en un bolsillo, o montarse sobre el parabrisas de un coche para mostrar información al conductor. El primer paso consiste en eliminar el silicio rígido. Puesto que los nanotubos se pueden colocar a temperatura ambiente, los investigadores de USC son capaces de construirlos sobre láminas de plástico eléctricamente activas con poca tolerancia a las altas temperaturas. También están trabajando en el reemplazo de los rígidos electrodos de metal con una capa de indio-óxido de estaño, un material de electrodo transparente, flexible y utilizado comúnmente. En su prototipo, los píxeles de LEDs orgánicos están conectados a las series de transistores mediante cables; para poder integrarlos necesitarán encontrar el modo de construir estos LEDS encima del circuito de control.

Zhou afirma que está en conversaciones con compañías fabricantes de pantallas para valorar la comercialización de estos métodos. El gigante de pantallas coreano LG ha demostrado interés en los componentes electrónicos con nanotubos de carbono, y los investigadores de IBM han estado publicando material acerca del tema. Sin embargo, la única compañía que ha sacado un producto electrónico de nanotubos hasta la fecha es la startup Unidym, con sede en Menlo Park, California, que fabrica electrodos a partir de este material.

Los investigadores dentro de este campo llevan hablando acerca de las pantallas de nanotubos desde hace años, y lo que ha detenido su desarrollo hasta ahora, según afirma Mark Hersam desde la Universidad de Northwestern, ha sido la falta de un suministro de nanotubos de carbono semiconductores lo suficientemente grande. En 2006, el profesor de ciencias de los materiales Hersam desarrolló un método sencillo para la purificación de nanotubos basado en sus propiedades y mediante su centrifugado en una solución jabonosa. Fundó una compañía, llamada NanoIntegris, que hasta ahora ha estado suministrando nanotubos semiconductores a diversos grupos, entre los que se encuentran el de Zhou y el equipo de investigación de IBM. Una nueva compañía formada en China y otra en Japón también están suministrando los nanotubos necesarios para la fabricación de las series de transistores utilizadas en el control de las pantallas.

Con todo este suministro, afirma Hersam, sólo es cuestión de tiempo antes de que una compañía salga con un producto, tanto si está fabricado utilizando un método como el de Zhou o cuaquier otro método. “Confío en que en el futuro próximo se creará una gama de productos,” señala Hersam. “Es cuestión de pasar de los prototipos al mercado.

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