Investigadores de la Universidad de Pekín han anunciado un avance significativo en el diseño de transistores que, de ser comercializado, podría transformar dramáticamente el desarrollo de microprocesadores. El equipo ha creado un transistor sin silicio basado en un material bidimensional, el óxido de bismuto y selenio.
La innovación se basa en la arquitectura de puerta envolvente (GAAFET), donde la puerta del transistor rodea completamente la fuente. Los diseños tradicionales de FinFET, que dominan los procesadores actuales basados en silicio, solo permiten una cobertura parcial de la puerta. Esta estructura de envoltura completa mejora el área de contacto entre la puerta y el canal, optimizando el rendimiento al reducir la pérdida de energía y permitir un mejor control de la corriente.
Publicada en la revista Nature Materials, la investigación sugiere que el nuevo GAAFET en 2D podría rivalizar e incluso superar a los transistores de silicio en velocidad y eficiencia energética. Los investigadores afirman que su transistor en 2D logra velocidades un 40% más rápidas que los últimos chips de 3 nm de Intel, mientras consume un 10% menos de energía, lo que colocaría esta tecnología por delante de los procesadores actuales de TSMC y Samsung.
La cobertura parcial de la puerta en los diseños tradicionales limita el control de corriente y aumenta la pérdida de energía. La nueva estructura de puerta completa aborda estos problemas, resultando en una alta ganancia de voltaje y un uso de energía ultrabajo. El equipo ya ha construido pequeñas unidades lógicas utilizando este nuevo diseño.
“It is the fastest, most efficient transistor ever,” afirmó la Universidad de Pekín. Estas afirmaciones se apoyan en pruebas realizadas bajo las mismas condiciones utilizadas para los chips comerciales líderes.
El profesor Peng Hailin, principal científico del proyecto, declaró: “Si las innovaciones de chips basadas en materiales existentes son consideradas un ‘atajo’, entonces nuestro desarrollo de transistores basados en materiales 2D es como ‘cambiar de carril’”. A diferencia de las estructuras verticales de los FinFET, el nuevo diseño se asemeja a puentes interconectados. Este cambio arquitectónico podría superar los límites de miniaturización que enfrenta la tecnología silícica, especialmente a medida que la industria avanza bajo el umbral de 3 nm. También podría beneficiar a los laptops más rápidos que requieren chips tan compactos.
El equipo desarrolló dos materiales nuevos basados en bismuto: Bi₂O₂Se como semiconductor y Bi₂[SeO]₅ como dieléctrico de puerta. Estos materiales presentan baja energía de interfaz, reduciendo defectos y dispersión de electrones. “Esto permite que los electrones fluyan con casi ninguna resistencia, como el agua por una tubería lisa”, explicó Peng.
Los resultados de rendimiento están respaldados por cálculos de teoría de funcionalidad de densidad (DFT) y validados a través de pruebas físicas utilizando una plataforma de fabricación de alta precisión en la PKU. Los investigadores aseguran que los transistores pueden ser manufacturados utilizando la infraestructura actual de semiconductores, simplificando la integración futura.
