Nanowire transistor: ¿Qué son y por qué son el futuro?

Los transistores están constantemente mejorando, desde los primitivos MESA, pasando por los planar, hasta los actuales con estructuras tridimensionales como los FinFET. Pero la industria de semiconductores no se detiene ahí, y ahora se habla de los nanowire transistors o transistores con nanocables. Aquí te los explicamos…

¿Qué es un nanowire?

Un nanowire es un filamento de material con dimensiones nanométricas, generalmente con un diámetro que varía entre 1 y 100 nanómetros y una longitud mucho mayor, lo que da como resultado una relación de aspecto extremadamente alta. Puede crearse en muy diversos materiales, como puede ser silicio, cobre, grafeno, etc.

Estas estructuras se consideran fundamentales en la nanotecnología por su capacidad para confinar electrones en una o dos dimensiones, permitiendo propiedades únicas que no se encuentran en materiales a escala macroscópica.

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Propiedades de los nanowires o nanocables

Los nanowires o nanocables no solo tienen propiedades interesantes para la electrónica convencional, también para otros aspectos de la nanotecnología, incluso en la cuántica:

• Propiedades cuánticas: en dimensiones nanométricas, los efectos cuánticos dominan. Los nanowires presentan niveles de energía discretos, lo que afecta su conductividad y sus propiedades ópticas.
• Alta relación superficie-volumen: esto mejora las interacciones químicas y catalíticas, haciéndolos ideales para sensores electrónicos y aplicaciones biológicas. Además, su resistencia mecánica y flexibilidad también pueden ser muy positivas para aplicaciones MEMS.
• Conductividad eléctrica controlable: dependiendo del material, los nanowires pueden comportarse como conductores, semiconductores o aislantes.
• Propiedades ópticas: los nanowires de óxidos como el ZnO permiten la transmisión de luz, lo que los hace útiles en dispositivos optoelectrónicos.

Nanowire Transistor

Un nanowire transistor (NWT) es un transistor de efecto de campo (FET) que utiliza nanowires como canal conductor entre la fuente y el drenaje. Estos transistores son una evolución de las arquitecturas convencionales como el FinFET y se consideran fundamentales para mantener la Ley de Moore a medida que los dispositivos se miniaturizan.

Arquitectura de los NWTs destaca por:

• Geometría del canal: el nanowire actúa como el canal donde se controla el flujo de electrones o agujeros.
• Puerta envolvente (Gate-All-Around): en muchos NWTs, la puerta rodea completamente el nanowire, lo que proporciona un control electrostático excepcional sobre el canal.
• Flexibilidad de materiales: se pueden crear en silicio para ser compatibles con CMOS, en germanio para mayor movilidad de portadores, en otros semiconductores (GaAs, InGaAs) para mayores velocidades o aplicaciones particulares, además de en metales como cobre, o en grafeno, entre otros.

Ventajas de los nanowire transistors

El transistor con nanocable tiene algunas ventajas frente a los actuales transistores de aleta, como los FinFET, o con otros transistores de láminas. Entre las ventajas que puede aportar a los futuros chips:

• Control electroestático superior: la estructura de puerta envolvente minimiza el efecto de corto canal, lo que permite un mejor control sobre el encendido y apagado del dispositivo.
• Reducción de fugas de corriente: la excelente inmunidad a fugas mejora la eficiencia energética, crucial para dispositivos de bajo consumo.
• Escalabilidad extrema: ideales para nodos tecnológicos avanzados (3nm y más allá), donde las arquitecturas convencionales fallan.
• Movilidad electrónica mejorada: se pueden emplear materiales avanzados para mejorar la movilidad frente a las tecnologías actuales de silicio.

Conclusión sobre los NWTs

Los transistores basados en nanowires prometen revolucionar la industria de semiconductores. Se están desarrollando para microprocesadores, sensores, memorias avanzadas, especialmente las no volátiles de alta densidad de almacenamiento, etc. No obstante, es un tipo de diseño más complejo, lo que puede generar desafíos en la fabricación de chips de forma masiva, teniendo que usar técnicas como la epitaxia de haz molecular o métodos de fotolitografía más avanzados.

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Además, el coste de estos nanocables es superior que las actuales tecnologías que se emplean ahora, aunque se espera que poco a poco el precio vaya bajando y se perfeccione la fabricación para que pueda entrar en la fase de producción en masa en unos años…

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