Automatización

El silicio y sus alternativas

2 octubre, 2013

En los años 1950 aparecieron los primeros semiconductores de silicio sustituyendo las clásicas válvulas de vacío, han pasado más de 60 años y se sigue utilizando el mismo material para seguir construyendo transistores y circuitos integrados. La importancia de este material en nuestra vida tecnológica ha sido fundamental y estos años se han conocido como la Era del Silicio. Las técnicas de fabrican han permitido mejorar la capacidad de integración y de velocidad con este material, pero lo investigadores ya empiezan a creer que se ha llegado al límite máximo que el silicio permite.

Investigadores de todo el mundo están buscando alternativas que puedan sustituir al silicio, no está resultando complicado encontrar nuevos materiales capaces de trabajar cientos o miles de veces más rápido, lo difícil será hacerlo a un precio competitivo con el silicio. Hay que tener en cuenta que el silicio es un material abundante en la tierra, aunque para poder hacer uso de él, es necesario un proceso físico de purificación que es quien realmente encarece el precio de esta materia prima.

Buscar un material capaz de conmutar a mayor velocidad que lo hace el silicio no solo va a permitir poder construir procesadores más potentes, sobre todo va a ser capaz de hacer dispositivos electrónicos con una mayor eficiencia, con menores pérdidas energéticas, menores problemas de disipación de calor, mayor aprovechamiento de las baterías, etc…

Actualmente existen varias líneas de investigación con materiales diferentes que pretenden estos mismos objetivos:

La Magnetita:

magnetita

Los investigadores del U.S. Department of Energy’s (DOE) SLAC National Accelerator Laboratory, han demostrado que el uso de magnetita para la fabricación de transistores permite que sean capaces de conmutar miles de veces más rápido que los fabricados por silicio.

Se trata de una técnica de laboratorio. Mediante el uso de impulsos láser han sido capaces de conmutar las propiedades de la magnetita entre aislante y conductor. Este fenómeno se debe a la presencia de unas áreas llamadas timerons formadas por átomos de hierro.

La velocidad alcanzada ha sido de 1THz y demuestra su elevada capacidad de conmutación, pero parece que todavía se encuentra lejos de poder convertirse en una alternativa real, la temperatura de trabajo está muy por debajo de la temperatura ambiente.

Molibdenita

molibdenita

Debido a sus propiedades, el uso más habitual de este mineral es como aditivo para lubricantes sometidos a extrema presión, pero el Laboratorio de Electrónica y Structuras a Nanoescala (LANES) en EEUU ha demostrado sus aplicaciones dentro del mundo de la electrónica.

El principal atractivo de este material es su similitud con el silicio en cuanto a funcionamiento, la mayor capacidad de integración y su menor consumo. Tanto para el silicio como para la molibdenita se tiene un Band Gap que es quien determina cuando se encuentra en modo de conducción o modo aislante. Esto permitiría que el desarrollo de equipos electrónicos fuera muy similar al realizado hasta el momento.

Aunque el grafeno, que se explica a continuación, pueda ser el sustituto definitivo para el silicio, es posible que exista un periodo de transición donde la Molibdenita ocupe un papel fundamental y que conviva con silicio en un principio y con el grafeno en un futuro.

Grafeno

grafeno

El grafeno se ha convertido en el nuevo dorado. Investigadores de todo el mundo están trabajando con él por sus prometedoras ventajas. Si finalmente se es capaz de desarrollar solo una parte de todas las expectativas que este material ha creado sería una de las mayores revoluciones tecnológicas.

Dispositivos electrónicos flexibles, procesadores de gran velocidad, nuevos sistemas de almacenamiento de energía, cables de alta velocidad y bajas pérdidas, pinturas capaces de absorber energía, cámaras fotográficas mil veces más sensibles, aplicaciones biomédicas, etc…

Se cree que han pueden tardar más de doce años hasta que se empiecen los desarrollos con este material, el camino que llevan actualmente las investigaciones y el recorrido que todavía puede llevar el silicio impedirá que pueda ser antes.

El grafeno es una sustancia formada por carbono puro con un espesor de tan solo un átomo y extremadamente ligero, una lámina de un metro cuadrado pesa 0.77 miligramos. Se trata de un material conocido desde hace más de medio siglo, pero ha sido en el año 2010, después de entregar el Premio Nobel de Física a Andréy Gueim por los descubrimientos acerca de este material, cuando ha despertado todo este interés científico.

En cualquier caso, considero que el silicio seguirá estando presente en los equipos electrónicos durante muchos años más. Existe una gran cantidad de aplicaciones donde no es necesario sustituirlo por nuevos materiales, la velocidad, el tamaño y el consumo no siempre son los factores más importantes. Es posible que convivan en el mismo dispositivo electrónico diferentes tecnologías y nos encontremos así pantallas de grafeno, integrados de molibdenita y componentes discretos de silicio.

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