Un material de los 50 establece un récord moderno para chips ultrarrápidos

Un equipo de científicos de la Universidad de Warwick y del Consejo Nacional de Investigación de Canadá reportó el mayor "movimiento de huecos" jamás medido en un material que opera dentro de la fabricación de semiconductores basada en silicio actual.

El silicio (Si) es la base de la mayoría de los dispositivos semiconductores modernos, pero a medida que los componentes se reducen y se agrupan más, generan más calor y se acercan a límites fundamentales de rendimiento. El germanio (Ge), que apareció en algunos de los primeros transistores de la década de 1950, está recibiendo un renovado interés porque los investigadores están encontrando formas de aprovechar sus características eléctricas superiores mientras mantienen los beneficios de los métodos de producción de silicio establecidos.

Avance en Materiales con Germanio Estrangulado sobre Silicio

En un estudio publicado en Materials Today, un equipo liderado por el Dr. Maksym Myronov en la Universidad de Warwick demostró un avance significativo para la electrónica de próxima generación. Los investigadores crearon una capa de germanio de un nanómetro de grosor sobre silicio que se coloca bajo tensión compresiva. Esta estructura diseñada permite que la carga eléctrica se mueva más rápido que en cualquier material compatible con silicio conocido hasta la fecha.

El Dr. Myronov, profesor asociado y líder del Grupo de Investigación en Semiconductores del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, explicó: "Los semiconductores de alta movilidad tradicionales como el arseniuro de galio (GaAs) son muy costosos e imposibles de integrar con la fabricación de silicio convencional. Nuestro nuevo material cuántico de germanio estrangulado sobre silicio (cs-GoS) combina una movilidad líder mundial con escalabilidad industrial, un paso clave hacia circuitos integrados cuánticos y clásicos de gran escala prácticos".

Cómo se Logró la Movilidad Ultra-Alta

Los investigadores lograron el material innovador cultivando una capa delgada de germanio sobre un wafer de silicio y luego aplicando una cantidad precisa de tensión compresiva. Esto produjo una estructura cristalina excepcionalmente pura y ordenada que permite que la carga eléctrica pase con mínima resistencia.

Al ser probado, el material alcanzó una movilidad de huecos de 7.15 millones de cm² por voltio-segundo (comparado con ~450 cm² en silicio industrial), un resultado sin precedentes que indica que electrones y huecos pueden viajar a través de él mucho más fácilmente que a través del silicio convencional. Esta mejora podría llevar a dispositivos electrónicos que operen más rápido y consuman menos energía.

Implicaciones para la Electrónica Futura y Tecnologías Cuánticas

El Dr. Sergei Studenikin, oficial de investigación principal en el Consejo Nacional de Investigación de Canadá, afirmó: "Esto establece un nuevo estándar para el transporte de carga en semiconductores de grupo IV, los materiales en el corazón de la industria electrónica global. Abre la puerta a una electrónica más rápida y eficiente en energía y dispositivos cuánticos que son completamente compatibles con la tecnología de silicio existente".

Los hallazgos establecen una nueva ruta prometedora para componentes semiconductores ultra-rápidos y de bajo consumo. Los usos potenciales incluyen sistemas de información cuántica, qubits de espín, controladores criogénicos para procesadores cuánticos, aceleradores de IA y servidores eficientes en energía diseñados para reducir las demandas de refrigeración en centros de datos.

Este logro también representa un avance significativo para el Grupo de Investigación en Semiconductores de Warwick y destaca la creciente influencia del Reino Unido en la investigación de materiales semiconductores avanzados.