Opinión

Transistores de un átomo

Actualmente los transistores discretos se presentan empaquetados de modo individual o en circuitos integrados que pueden contener cientos o miles de transistores cada uno.

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Por: Vicente Aboites

Los bulbos o tubos al vacío, fueron el elemento central de la electrónica durante la primera mitad del siglo veinte.
El tubo al vacío más simple fue el diodo que fue inventado en 1904 por Ambrose Fleming, allí la corriente generada termoiónicamente fluye en una sola dirección del cátodo al ánodo.

Posteriormente al diodo se le añadieron una o más rejillas de control entre el ánodo y el cátodo, dando lugar al triodo, inventado en 1907 y posteriormente al tetrodo, pentodo y otros bulbos.

Estos dispositivos fueron clave para el desarrollo del radio, la televisión, el radar y la computadora.  Dentro de las muchas desventajas que tenían estaba su fragilidad, gran volumen y elevado consumo de potencia.

Es interesante que poco después, en 1909, el físico William Eccles descubrió el oscilador de cristal de diodo el cual no pudo ser explotado adecuadamente debido a que la tecnología para el manejo de cristales no estaba suficientemente desarrollada.

Fue hasta los años cuarenta del siglo pasado cuando se construyeron los primeros diodos semiconductores de estado sólido basados en cristales de silicio y en 1947 Bardeen, Brattain y Shockley inventaron el primer transistor de punto de contacto lo cual les valió recibir en 1956 el premio Nobel de Física otorgado; “por sus investigaciones en semiconductores y su descubrimiento del efecto transistor”. 

Esencialmente un transistor es un dispositivo utilizado para amplificar o interrumpir (switchear) señales eléctricas y está compuesto por un material semiconductor y tres terminales de conexión.

Actualmente los transistores discretos se presentan empaquetados de modo individual o en circuitos integrados que pueden contener cientos o miles de transistores cada uno.

La semana pasada fue publicado un artículo por un grupo de investigadores del National Institute of Standards and

Technology (NIST) en Estados Unidos (ver: X. Wang et al., Atomic-scale control of tunneling in donor-based devices. Communications Physics, 2020; 3 (1)) en donde reportan las instrucciones para producir transistores de un solo átomo o muy pequeños grupos atómicos.  Estos serían los elementos básicos de una nueva generación de computadoras con sorprendente memoria y capacidad de procesamiento.

El problema con esta tecnología estaba precisamente en que es extraordinariamente difícil fabricar estos componentes.
Para fabricar estos transistores el grupo de investigación desarrolló una técnica en la cual las obleas de silicio son cubiertas con capas de átomos de hidrógeno que se ligan a los átomos de silicio.  Posteriormente, usando microscopios de efecto túnel los átomos de hidrógeno son removidos de modo preciso y discreto en los lugares seleccionados.

Este procedimiento es el que es completamente detallado en las publicaciones del grupo del NIST.  Son pocas las instituciones del mundo que tienen la capacidad tecnológica para trabajar a este nivel de complejidad. Uno podría preguntar qué interés pueden tener estos investigadores al dar a conocer estos resultados.

En realidad, se requiere de una infraestructura académica e industrial de primer nivel para hacer uso de estos resultados y construir circuitos integrados basados en estos nuevos transistores.

Por otra parte varios grupos de investigación en el mundo estaban tratando de obtener los mismos resultados, ser los primeros en lograrlo les otorga un gran prestigio.
 

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