Circuitos de grafeno

Ya en su día hablamos en esta sección del grafeno, un material cuyas características podrían superar los límites actuales de la electrónica de estado sólido yendo un paso más allá en la miniaturización de los elementos que constituyen la base de las memorias permanentes para el almacenamiento de datos, y también de los elementos que permiten a ordenadores y computadores tratar información y computar. En el artículo anterior describíamos el anuncio de la construcción de un transistor de grafeno. Y adelantábamos que ése era el primer paso para crear circuitos más complejos basados en el grafeno.

Para llegar a este punto es imprescindible crear obleas de grafeno lo bastante grandes como para imprimir en ellos las conexiones y componentes más complejos de que constaría un circuito lógico o una unidad de almacenamiento de memoria. Igualmente, aunque de una importancia menor, está el hecho de hacer compatible esta tecnología, de ser posible, con las técnicas ya existentes en la industria electrónica, de manera que los circuitos de silicio pudieran ser sustituidos con rapidez en las cadenas de producción por circuitos de grafeno.

En un reciente artículo publicado en Science (enlace de pago; aquí la nota de prensa, en inglés), científicos de la Universidad de Texas en Austin (unos del Instituto de Materiales de Texas, y otros del Centro de Desarrollo de Microelectrónica) describen el método por el cual han sido capaces de generar placas de grafeno de un solo átomo de espesor y de una superficie aproximada de 1 cm2, apta por tanto para la impresión de circuitos en ella a la escala de este material.

El método que han usado para crear estas obleas de grafeno ha sido la deposición química del carbono procedente de un vapor de metano e hidrógeno sobre un sustrato de cobre, a una temperatura de trabajo de 1.000 º C. La clave del proceso está en que el grafeno es poco soluble en el cobre, de manera que al depositarse no forma grano (esto es, que ni tiene bordes ni tiene un grosor mayor de una única capa de grafeno), permitiendo la expansión de los depósitos de grafeno como si se tratara del crecimiento de un cristal, hasta llenar toda la superficie se cobre usada para la prueba. Esta técnica permite que el 95% de la superficie quede cubierta por un depósito de grafeno de una única capa de espesor, lo que ya de por sí significa obtener una oblea de gran pureza.

Una vez obtenido este material, los investigadores realizaron mediciones de la conductividad de la oblea de grafeno, encontrando (como esperaban) que la conductividad es mucho mayor que en el caso de los semiconductores de silicio, y sólo marginalmente más baja que en el grafito.

El equipo de la Universidad de Texas está ya trabajando en conseguir que el sustrato del grafeno depositado sea un material como el silicio o el óxido de silicio. De esta manera la compatibilidad de esta técnica con las líneas de producción ya existentes en la industria microelectrónica se incrementaría, disminuyendo el plazo de implantación de los nuevos materiales y circuitos electrónicos basados en el grafeno. El uso de sustratos distintos al cobre se contempla ya en el artículo original, publicado en la revista Science. Asimismo están trabajando en la obtención de obleas de grafeno más grandes. En principio, salvando la dificultad del procedimiento para el depositado del carbono, no parece que haya límites al tamaño de las obleas que podrían obtenerse, lo que a su vez permitiría construir circuitos de gran complejidad, o memorias de gran tamaño.

Aparte de estas aplicaciones, el grafeno, por sus características, tiene otras aplicaciones potenciales que ya se están estudiando. Por ejemplo, en células fotovoltaicas de mayor rendimiento, en acumuladores de energía que funcionaran como baterías de poco peso y tamaño, o en otro tipo de electrónica, como pantallas ultraplanas.

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