NeoFronteras

Consiguen construir el primer circuito integrado sencillo con grafeno. Se usará en principio para comunicaciones militares.

El circuito en cuestión. Fuente: IBM.

Hace sólo unos pocos años que conocemos la existencia del grafeno, que no es más que las capas que componen el grafito. El grafeno está formado por una red hexagonal de átomos de carbono de un átomo de grosos que tienen interesantes propiedades electrónicas.
Las primeras muestras de grafeno se obtenían con un trozo de cinta adhesiva y un pedazo de grafito. Con el grafito entre medias se pegaba y despegaba la cinta sobre sí misma reiteradas veces hasta que sólo quedaba una capa de grafeno. Esta técnica tan primaria dejó paso a otras más perfeccionadas y menos rudimentarias.
Durante estos años se ha estudiado este material e incluso ha caído un premio Nobel a algún investigador del campo. Ahora, en la compañía IBM han conseguido realizar el primer circuito electrónico integrado de grafeno, en lo que constituye el primer chip de grafeno. El resultado se publica en Science. Se cree que podría usarse como base en aplicaciones electrónicas dedicadas a las comunicaciones inalámbricas y para amplificadores.
Los desafíos para usar el grafeno en circuitos electrónicos son muy fuertes y aunque hace tiempo que se consiguió construir transistores de grafeno su integración en circuitos no era sencilla. En parte se debe a que el grafeno no se adhiere bien a los metales y óxidos usados tradicionalmente en la industria electrónica de semiconductores. No había técnicas reproducibles y fiables que permitieran crear tales circuitos. La realización de este circuito demostraría que ya se han solucionado estos problemas de adhesión.
Phaedon Avouris y sus colaboradores han solucionado estos problemas y construido un prototipo muy sencillo de circuito integrado. Consiste en un transistor de grafeno y un par de inductancias que están integrados en un substrato de carburo de silicio (SiC). Lo más interesante es que la fabricación de la oblea de carburo de silicio es compatible con los métodos tradicionales que ya se usan en la industria microelectrónica.
El grafeno es sintetizado in situ mediante la absorción de silicio de la galleta de SiC de tal modo que se forma una capa de grafeno sobre una superficie aislante de SiC. Entonces definen los canales del transistor usando litografía electrónica y eliminan el grafeno sobrante con un plasma de oxígeno producido por láser. Las inductancias (espiras) las crean usando la misma técnica litográfica pero depositando aluminio sobre la galleta. Finalmente depositan una capa de 120 nm de espesor de dióxido de silicio por evaporación de haz de electrones para aislar el conjunto de las interconexiones.
El circuito, que mide sólo 1 mm cuadrado.
El nuevo chip exhibe una estabilidad térmica muy buena sin perdida de rendimiento. Opera a una frecuencia de 10 GHz y trabaja como un mezclador. Los mezcladores producen una señal saliente a partir de una mezcla de frecuencias y son componentes fundamentales de muchos sistemas de comunicación electrónicos. En este caso se aplican dos señales de alta frecuencia. El transistor es modulado por las dos señales y produce una corriente en el sumidero que contiene las frecuencias ya mezcladas. El circuito tal cual ya se podría usar en comunicaciones inalámbricas y posteriores mejoras permitirían usarlo como amplificador.
Una gran ventaja de esta técnica es que permite realizar circuitos híbridos que usen lo mejor de los dos mundos, tanto de la electrónica tradicional del silicio, ya muy desarrollada, como del mundo del grafeno.
De entrada posiblemente se use en aplicaciones militares, pero quizás más tarde alcance el mercado convencional y todos nos podamos beneficiar del grafeno. Se dice que DARPA será la primera en usar el nuevo chip en algún sistema secreto de comunicaciones para aeronaves.
Quizás, dentro de algún tiempo, nos conectemos a Internet a una velocidad fabulosa gracias este tipo de circuitos.

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Fuentes y referencias:
Noticia en Physics World.
Artículo original.
Grafeno en NeoFronteras.