Un par de equipos de investigación, trabajando independientemente, informan haber hecho transistores de grafeno que funcionan a las velocidades más altas jamás registradas. Los transistores nuevos son un primer paso prometedor hacia transistores de radiofrecuencia (RF) ultra-alta, que podrían resultar útiles para la comunicación inalámbrica, para la detección a distancia, para los sistemas de radar, y los sistemas para captar imágenes de armas.

Los informes provienen de investigadores en el Centro de Investigación T.J. Watson de IBM en Yorktown Heights, NY, y de los Laboratorios HRL de Malibu, CA. Los transistores de IBM trabajan a frecuencias de hasta 26 giga-hertzios. Tanto el trabajo de IBM como el de HRL fueron financiados por la Agencia de Proyectos de Investigación de Defensa Avanzada del ejército de los Estados Unidos (DARPA). Kostya Novoselov, un físico e investigador del grafeno en la Universidad de Manchester, del R.U., dice que los resultados son “un paso realmente grande para demostrar que los transistores de grafeno de alta frecuencia deberían funcionar”.

El grafeno, una capa delgada de átomos de carbono, es un material prometedor para los transistores RF. Los transistores RF típicos se hacen con silicio y otros semiconductores más costosos como el fosfuro de indio. En el grafeno, con el mismo voltaje, los electrones se desplazan 10 veces más rápido que en el fosfuro de indio, o 100 veces más rápido que en el silicio.

Los transistores de grafeno también consumirán menos energía y podrían resultar más baratos que los que se hacen con silicio o con fosfuro de indio. Yu-Ming-Lin, que dirigió el estudio en IBM, dice que la tecnología del silicio está extremadamente desarrollada pero el grafeno podría “lograr un rendimiento del dispositivo que jamás podría conseguirse con semiconductores convencionales”.

La meta eventual del programa de DARPA es hacer una demostración de un amplificador para señales con una frecuencia mayor a 90 gigahertzios. El circuito debe hacerse utilizando transistores sobre una oblea de un ancho de ocho pulgadas, empleando procesos compatibles con los métodos de fabricación actuales de los circuitos de silicio.

Andre Geim, un profesor de física en la Universidad de Manchester, quien descubrió el grafeno y fabricó algunos de los primeros transmisores del material, dice que incluso “90 gigahertzios realmente no son nada para el grafeno. La frecuencia podría ser 10 veces más alta, aproximadamente dentro del ámbito de tera hertzio”. Transmisores de frecuencias tan extremadamente altas podrían ser útiles para la obtención de imágenes a nivel terahertzios, que sería útil para detectar armas ocultas.

Los investigadores del HRL hacen sus transistores con trozos de grafeno de un ancho de dos pulgadas. Crean estas piezas de dos pulgadas calentando una oblea de carburo de silicio a temperaturas extremadamente altas, a más de 1.200° C. El silicio se evapora dejando átomos de carbono que se alinean en una capa única y forman el grafeno. Los investigadores fabrican los transistores depositando un aislante de alúmina y electrodos de metal sobre el grafeno.

Lin y sus colegas de IBM utilizan grafeno hecho al pelar capas únicas de grafeno desde el grafito, que es una pila de capas de grafeno. Con esto se obtienen escamas pequeñas pero de alta calidad. Como resultado de esto, los investigadores pueden disminuir las características del transistor y crear dispositivos que funcionen con frecuencias más altas.

Existen muchos desafíos para que los investigadores alcancen las metas de DARPA. Uno es un modo práctico de cubrir áreas grandes con grafeno. Joeng-Sun Moon, que dirigió la obra del HRL, dice que aunque el método de carburo de silicio da como resultado grafeno de calidad por debajo del par, tiene potencial para transformarse en un procedimiento de obleas de ocho pulgadas de ancho. “Sería crucial obtener el método para que el grafeno se transforme en tecnología verdadera”, afirma. Otros están recurriendo a varias estratagemas para obtener grafeno del tamaño de la oblea para construir circuitos.

“Las frecuencias conseguidas distan mucho de lo que es posible”, expresa Geim. Sin embargo, él cree que no pasará mucho tiempo para que los transistores de grafeno excedan las expectativas y lleguen cerca de su capacidad de terahertzios. “Los fundamentos están todos ahí. Ahora le toca a los ingenieros pulir los procesos involucrados”, concluye Geim.