Nanoelectronica

Nanoelectrónica
2012
Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Textil
Pedro Jaime Estilla Hipólito

Introducción

La nanoelectrónica estudia los fenómenos de transporte y distribución de carga y espín en la escala del nanómetro. Avances instrumentales en las últimas décadas han permitido la visualización en el espacio real y la manipulacióncontrolada de los átomos. En paralelo las técnicas de litografía han ido reduciendo el tamaño de los motivos que se pueden fabricar, llegando en la actualidad la industria semiconductora a pistas de 90 nm en obleas de 300 mm de diámetro.

Las dos aproximaciones científicas al mundo que separa lo atómico de lo macroscópico se conocen como “bottom-up” y “top-down”. Éste es un mundo mesoscópico, donde laspropiedades físicas no escalan con el tamaño y los efectos cuánticos como el confinamiento y la coherencia propician que añadir o quitar un átomo, haga que cambien drásticamente las cosas; es decir, un mundo donde el tamaño realmente importa. La implementación de la nanolectrónica en la tecnología actual será un proceso gradual, sustituyendo componentes individuales y eventualmente sistemascomplejos. La microelectrónica, incluso con tamaños de puerta de transistor por debajo de los 50 nm, no es estrictamente una implementación de la nanolectrónica, ya que no hay una propiedad física relacionada con la reducción de tamaño que esté siendo utilizada. Aun así, la necesidad de la nanotecnología, y de la nanoelectrónica en particular, se justifica a menudo por el hecho de que la ley de Moore— relacionando la mejora de prestaciones con el tamaño más pequeño de los dispositivos — llega a su fin. Las razones son tanto económicas como físicas. Sin embargo este es un argumento debatible. La tecnología del Silicio avanzará con dificultad por este camino durante una década o más. Se espera mantener la tendencia integradora usando dieléctricos de alta K basados en Hafnio y puertas metálicas.Se prevé también que las prestaciones continuarán mejorándose durante 15 años optimizando el diseño del chip, haciendo un uso más eficiente del área de la oblea de Silicio. En el futuro se desplazará la tecnología de dispositivos actuales a dispositivos de superficie, como en los dispositivos tipo trigate.

Una nueva tecnología sólo remplaza una existente con éxito si mejora las prestaciones(incluyendo el coste efectivo) ordenes de magnitud, o si suministra características que la

tecnología existente es físicamente incapaz de suministrar. Este es el reto, la búsqueda de nuevas propiedades, paradigmas y arquitecturas para crear la nueva nanoelectrónica.

Aplicaciones de la nanoelectronica
Estado del arte
La nanolectrónica es el punto de reunión donde la física, la ciencia demateriales, la química, la biología y la ingeniería electrónica se topan irremediablemente. Los circuitos integrados tradicionales consisten en una serie de interruptores eléctricos y cables tan pequeños y económicos como sea posible, idénticos y reproducibles en serie. Parece muy difícil -si no imposible- para la fabricación tradicional de semiconductores, producir circuitos con la exactitud necesariaa escalas atómicas. Es en la búsqueda de soluciones a estos problemas donde los investigadores intentan remplazar algunos conceptos básicos acerca de los dispositivos y sus interconexiones.

La Unión Europea ha las necesidades de la sociedad en términos de dispositivos en 5 grupos: Salud, Movilidad y transporte, Seguridad, Comunicaciones, Educación y Entretenimiento. Todas ellas estánenglobadas conceptualmente en la Inteligencia del Entorno (Ambient Intelligence), en el sentido que los dispositivos reconozcan usuarios, y que ajusten sus funciones a los usuarios individuales. La nanolectrónica juega un papel primordial en todos ellos, por poner algunos ejemplos: biosensores, bioimplantes, sistemas de navegación y de seguimiento de vehículos, energías alternativas, sistemas...