Un mes después de anunciar un semiconductor ferroeléctrico con la delgadez a nanoescala requerida para los componentes informáticos modernos, un equipo de la Universidad de Michigan ha demostrado un transistor reconfigurable utilizando ese material.

El estudio es un artículo destacado en Applied Physics Letters.

« Al realizar este nuevo tipo de transistor, se abre la posibilidad de integrar dispositivos multifuncionales, como transistores reconfigurables, filtros y resonadores, en la misma plataforma, todo mientras opera a muy alta frecuencia y alta potencia », dijo Zetian Mi, Profesor de ingeniería eléctrica e informática de la UM que dirigió la investigación, « Eso es un cambio de juego para muchas aplicaciones ».

En su nivel más básico, un transistor es una especie de interruptor que deja pasar una corriente eléctrica o evita que pase. El que se demostró en Michigan se conoce como transistor ferroeléctrico de alta movilidad de electrones (FeHEMT), un giro en los HEMT que puede aumentar la señal, conocida como ganancia, además de ofrecer alta velocidad de conmutación y bajo ruido. Esto los hace muy adecuados como amplificadores para enviar señales a torres de telefonía móvil y enrutadores Wi-Fi a altas velocidades.

« Podemos hacer que nuestro HEMT ferroeléctrico sea reconfigurable », dijo Ding Wang, científico investigador en ingeniería eléctrica e informática y primer autor del estudio. « Eso significa que puede funcionar como varios dispositivos, como un amplificador que funciona como varios amplificadores que podemos controlar dinámicamente. Esto nos permite reducir el área del circuito y reducir el costo y el consumo de energía ».

Las áreas de particular interés para este dispositivo son la radiofrecuencia reconfigurable y la comunicación por microondas, así como los dispositivos de memoria en los sistemas electrónicos e informáticos de próxima generación.

« Al agregar ferroelectricidad a un HEMT, podemos hacer que la conmutación sea más nítida. Esto podría permitir un consumo de energía mucho menor además de una alta ganancia, lo que hace que los dispositivos sean mucho más eficientes », dijo Ping Wang, científico investigador en ingeniería eléctrica e informática y también el co-autor de correspondencia de la investigación.

El semiconductor ferroeléctrico está hecho de nitruro de aluminio enriquecido con escandio, un metal que a veces se usa para fortalecer el aluminio en bicicletas de alto rendimiento y aviones de combate. Es el primer semiconductor ferroeléctrico basado en nitruro, lo que le permite integrarse con el nitruro de galio semiconductor de última generación. Ofreciendo velocidades hasta 100 veces superiores a las del silicio, así como alta eficiencia y bajo costo, los semiconductores de nitruro de galio son candidatos para desplazar al silicio como el material preferido para dispositivos electrónicos.

« Este es un paso fundamental hacia la integración de ferroeléctricos de nitruro con la electrónica convencional », dijo Mi.

El nuevo transistor se hizo crecer utilizando epitaxia de haz molecular, el mismo enfoque utilizado para fabricar cristales semiconductores que impulsan los láseres en los reproductores de CD y DVD.

La Universidad de Michigan ha solicitado protección por patente. Los primeros trabajos que llevaron a este estudio fueron financiados por la Oficina de Investigación Naval y la Iniciativa Blue Sky de la Facultad de Ingeniería de la UM.

El dispositivo se construyó en las instalaciones de nanofabricación de Lurie y se estudió en el Centro de Caracterización de Materiales de Michigan.