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Circuitos nanotecnológicos de grafeno para comunicaciones inalámbricas

Investigadores de IBM han anunciado que han alcanzado un hito en la creación de un componente esencial para el futuro de los dispositivos inalámbricos. En un artículo publicado en la revista Science, investigadores de IBM anunciaron el primer circuito integrado fabricado a partir de grafeno, y demostraron una frecuencia de funcionamiento de un mezclador de banda ancha en las frecuencias de hasta 10 gigahercios (10 mil millones de ciclos por segundo).

Diseñados para las comunicaciones inalámbricas, estos circuitos integrados basados en grafeno  podrían mejorar los dispositivos inalámbricos  actuales y apuntan a la posibilidad de un nuevo conjunto de aplicaciones. En las frecuencias convencionales de hoy en día, las señales del teléfono celular y el transceptor se puede mejorar, permitiendo potencialmente a los teléfonos trabajar donde no pueden hoy en día, mientras que, a frecuencias mucho más altas, los militares y el personal médico podrían ver armas ocultas o imágenes médicas sin los peligros de la radiación de los rayos-X.

El grafeno es el  material electrónico más delgado, consiste en una sola capa de átomos de carbono empaquetado en una estructura de nido de abeja, posee excelentes propiedades eléctricas, ópticas, mecánicas y térmicas que podrían hacer que sean menos costosos y con menos consumo de energía los dispositivos electrónicos portátiles como los teléfonos inteligentes.

A pesar de los importantes avances científicos en la comprensión de este nuevo material y la demostración de los dispositivos de alto rendimiento basados en el grafeno, el desafío de los transistores de grafeno es integrarlos con otros componentes en un solo chip, lo que no se había  logrado  hasta ahora, debido principalmente a una mala adherencia del grafeno con metales y óxidos y la falta de sistemas de fabricación fiables para producir dispositivos y circuitos reproducibles.

Este nuevo circuito integrado, que consiste en un transistor de grafeno y un par de bobinas compactas integradas en una oblea de carburo de silicio (SiC), supera los obstáculos de diseño mediante el desarrollo de procedimientos de fabricación de obleas que mantienen la calidad del grafeno y  al mismo tiempo, permiten su integración con otros componentes en un circuito complejo.

«Hace sólo unos días IBM conmemoró su 100 aniversario, nuestros científicos han logrado un hito en la nanotecnología, que sigue la empresa centenaria con su liderazgo en innovación y tecnología», dijo TC Chen, vicepresidente de Ciencia y Tecnología de IBM Research. «Este avance en la investigación tiene el potencial de un aumento en el rendimiento de los dispositivos de comunicación que permitan a las personas interactuar con mayor eficiencia». El avance es también un hito importante para la electrónica de carbono para aplicaciones de radiofrecuencias (CERA), financiado por DARPA.

Diseñado para las comunicaciones inalámbricas, estos circuitos integrados basados en grafeno podrían mejorar los dispositivos inalámbricos actuales y apuntan a la posibilidad de un nuevo conjunto de aplicaciones. En las frecuencias convencionales de hoy en día, las señales del teléfono celular y el transceptor se puede mejorar, permitiendo potencialmente a los teléfonos trabajar donde no pueden hoy en día, mientras que, a frecuencias mucho más altas, los militares y el personal médico podrían ver armas ocultas o  imágenes médicas sin los peligros de la radiación de rayos-X.

¿Cómo funciona?

En la demostración, el grafeno es sintetizado por tratamiento térmico de obleas de carburo de silicio para formar capas de grafeno uniforme en la superficie del carburo de silicio. La fabricación de los circuitos de grafeno consta de cuatro capas de metal y dos capas de óxido.

El circuito funciona como un mezclador de frecuencia de banda ancha, que produce señales de salida con frecuencias mixtas (suma y diferencia) de las señales de entrada. Los mezcladores son componentes fundamentales de muchos sistemas de comunicación electrónica. Una frecuencia de muestreo de hasta 10 GHz y estabilidad térmica excelente de hasta 125 °C se ha mostrado en el circuito integrado de grafeno.

El esquema de fabricación desarrollado también se puede aplicar a otros tipos de materiales de grafeno, incluidos vapores químicos depositados (ECV) películas de grafeno sintetizado en películas de metal, y también son compatibles con la litografía óptica para reducir el coste y el rendimiento. Anteriormente, el equipo ha elaboardo  transistores de grafeno con frecuencia de corte de hasta 100 GHz y 155 GHz para grafeno epitaxial y ECV, de una longitud de puerta de 240 nm y 40 nm, respectivamente.

La nanotecnología y el liderazgo de IBM

En los 100 años de historia de la compañía, IBM ha invertido en investigación científica para dar forma al futuro de la informática. Este anuncio es una demostración de los resultados obtenido por los científicos líderes a nivel mundial de IBM y la inversión continua de la empresa y se centran en la investigación exploratoria.

La nanotecnología es una tecnología que se espera que de lugar a avances en varios campos. Estos incluyen materiales funcionales avanzados, sensores, herramientas, asistencia sanitaria, bioanálisis, purificación del agua, tecnología de la energía, y más. Los científicos de IBM aplican su experiencia  en nanociencia a problemas fuera de la nanoelectrónica y ayudan a abordar algunos de los mayores desafíos de nuestro tiempo, como el uso más eficiente de la energía solar, y nuevas formas de purificación o desalinización de agua.

IBM también ha abierto recientemente Binnig and Rohrer Nanotechnology Center una instalación para la investigación a nanoescala  abierto recientemente en el campus de IBM Research – Zurich (Suiza). El edificio es la pieza central de una asociación estratégica de 10 años en la nanociencia entre IBM y ETH Zurich, una de las principales universidades técnicas de Europa, donde los científicos investigarán nuevas estructuras a nanoescala y dispositivos para avanzar en la energía y las tecnologías de la información.

Fuente: IBM Research (2011, June 11). Nanotechnology circuits for wireless devices: First wafer-scale graphene integrated circuit smaller than a pinhead.

IBM. Chips de grafeno

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