Los chips tradicionales, también conocidos como circuitos integrados, presentan estructuras complejas e interconectadas sobre un sustrato de oblea de silicio.
Los transistores dentro de los chips regulan la corriente mientras que las capas dieléctricas hechas de materiales aislantes aíslan las diversas capas conductoras para evitar fugas de corriente.
Las capas dieléctricas también actúan como barreras térmicas, ayudando a gestionar la distribución del calor dentro del chip.
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A medida que la tecnología de chips ha avanzado, el número de transistores en los chips ha aumentado y su disposición se ha vuelto más compacta.
Esta evolución ha dado lugar a mayores exigencias en los materiales aislantes, especialmente a medida que los materiales del sustrato se vuelven más delgados y casi bidimensionales.
Los materiales aislantes tradicionales tienden a volverse menos efectivos cuando se reducen a un espesor nanométrico, lo que genera un mayor consumo de energía y producción de calor, lo que puede afectar la estabilidad y la vida útil de un dispositivo.
Para abordar este problema, un equipo de investigación dirigido por Di y Tian Ziao, ambos del Laboratorio Estatal Clave de Materiales para Circuitos Integrados del Instituto de Microsistemas y Tecnología de la Información de Shanghai, dependiente de la Academia China de Ciencias (CAS), desarrolló una capa dieléctrica hecha de una película de zafiro.
El equipo desarrolló una oblea de aluminio monocristalina y luego insertó átomos de oxígeno a temperatura ambiente para formar un óxido de aluminio monocristalino de solo 1,25 nanómetros de espesor: una capa muy fina de zafiro artificial.
«Aunque está sintetizada artificialmente, esta película cuenta con una estructura cristalina y propiedades aislantes comparables a las del zafiro, una piedra preciosa natural», afirmó Tian en un comunicado publicado en el sitio web de la CAS.
Luego, la película de zafiro se combinó con una película bidimensional. sustrato de disulfuro de molibdeno, que sustituye al silicio, para crear conjuntos de transistores de bajo consumo.
El resultado apuntó a un circuito integrado de mayor rendimiento.
«Estos conjuntos cumplieron con los estándares de la Hoja de Ruta Internacional para Dispositivos y Sistemas para futuros chips de bajo consumo, mostrando mejoras significativas en resistencia y eficiencia operativa, sentando las bases para dispositivos electrónicos de alto rendimiento», dijo Di, según el comunicado de la CAS.
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Los investigadores afirmaron que la simplicidad del método significaba que se podía adaptar fácilmente a niveles de producción industrial. La técnica de fabricación y las características del material de la película de zafiro también eran compatibles con los procesos existentes basados en silicio.
Según el artículo, el equipo ha demostrado una excelente reproducibilidad del procesamiento y uniformidad de la película en un lote de 100 dispositivos.
Los investigadores dijeron que era un gran paso hacia la aplicación de materiales semiconductores bidimensionales en entornos industriales.
La emisora estatal CCTV informó: “Este avance no solo tiene implicaciones sustanciales para extender la vida útil de la batería de los teléfonos inteligentes, sino que también respalda el desarrollo de chips de bajo consumo para inteligencia artificial e Internet de las cosas”.
