Transistores de efecto de campo ferroeléctricos reconfigurables con canales de nanotubos de carbono de pared simple

El rápido desarrollo de internet y de la inteligencia artificial ha acelerado la generación de datos imponiendo una mayor demanda en su procesamiento. Para procesarlos de manera eficiente se requiere reducir la dimensión de los dispositivos y el voltaje de operación y, con ello, el consumo de energía. 

Sin embargo, con la tecnología actual de transistores de efecto de campo (FET) como los transistores complementarios metal-oxido-semiconductor (CMOS) de silicio, lograr estas mejoras se ha vuelto difícil debido a limitaciones físicas: cuando los transistores se hacen demasiado pequeños aparecen problemas de control eléctrico. En particular, la reducción del tamaño se dificulta por efectos ligados a la corta longitud del canal, mientras que bajar el voltaje por debajo de 1 V está restringido por el límite de Boltzmann, que depende de la relación constante entre el potencial de interacción y el recorrido libre medio de los transportadores de carga.

Ante estas limitaciones, una alternativa prometedora son los transistores reconfigurables, capaces de cambiar su funcionamiento después de fabricados. Un caso especial son los transistores FeFET reconfigurables, que pueden funcionar como transistores de tipo p o de tipo n según se necesite.

Un equipo de investigación de Corea, EE.UU. y China desarrolló este tipo de dispositivos usando nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) altamente alineados como canales semiconductores y un material ferroeléctrico innovador (nitruro de aluminio-escandio). Estos dispositivos presentan características ambipolares de los portadores con corrientes del estado de encendido (ON, del inglés) altas y bien equilibradas (de ~270 μA μm−1 a un voltaje de drenador de 3 V) y razón encendido/apagado (ON/OFF, del inglés) superiores a 105, aunado con amplias ventanas de memoria y excelente capacidad de retención. Además poseen capacidad de memoria ternaria (pueden guardar -1, 0 o +1 en lugar de solo 0 y 1). Esto significa que se pueden construir circuitos más compactos y eficientes que los basados en silicio convencional.

Mayor información en: Nature Communications