La mayoría de las pruebas de laboratorio inflan silenciosamente el rendimiento de los transistores 2D, revela la investigación | Andrew Tie, Universidad de Duke El silicio ha sido durante mucho tiempo el semiconductor de elección para fabricar transistores, pero la tecnología moderna está empujando las limitaciones intrínsecas del material. Ya los componentes que se encuentran dentro de los transistores son tan delgados como la física lo permite. Para superar estos límites, los investigadores están explorando diferentes materiales que aún pueden funcionar incluso si solo tienen uno o dos átomos de grosor, los llamados materiales 2D. Cómo las pruebas con puerta trasera sesgan los resultados Para estudiar el rendimiento de esos materiales, los investigadores a menudo dependen de una arquitectura "con puerta trasera" simple que construye todos los componentes del transistor en una sola pieza de silicio para facilitar la fabricación y permitir una rápida experimentación. En esta configuración, un semiconductor 2D ultradelgado como el disulfuro de molibdeno (MoS₂) se sitúa entre dos electrodos de contacto metálico que pasan corriente a través del semiconductor. El flujo de corriente se activa o desactiva utilizando el sustrato de silicio como control de puerta. Sin embargo, la puerta no solo modula el canal del semiconductor 2D; en la arquitectura "con puerta trasera", también influye en la porción del semiconductor que está debajo de los contactos metálicos. Esto crea un fenómeno llamado "puerta de contacto", un efecto que amplifica el rendimiento del transistor al reducir la resistencia de contacto utilizando la puerta. Aunque esta mejora en el rendimiento es inicialmente atractiva y lo que los investigadores desean, la arquitectura con puerta trasera no se puede utilizar en un dispositivo del mundo real debido a las limitaciones de velocidad y la fuga de corriente eléctrica que son efectos secundarios de la arquitectura. "Amplificar el rendimiento suena como algo bueno", dijo Franklin. "Pero aunque esta arquitectura es excelente para pruebas básicas en un laboratorio, tiene limitaciones físicas que impiden su uso en una tecnología de dispositivo real." Construyendo un dispositivo de prueba más justo Para revelar este factor subyacente que está presente en cientos de estudios de laboratorio sobre transistores 2D, Victoria Ravel, una estudiante de doctorado en el laboratorio de Franklin, pasó un año fabricando una nueva arquitectura de dispositivo que permite al equipo medir directamente cuánto altera la puerta de contacto su rendimiento. Construyó un transistor simétrico de doble puerta, que incluye puertas por encima y por debajo del mismo canal de semiconductor 2D, contactos y materiales. La única diferencia entre controlar el dispositivo con la puerta trasera o la puerta superior era si estaba presente la puerta de contacto, por lo que pudo realizar una comparación uno a uno. "Con la fabricación, nunca sabes con qué te vas a encontrar", dijo Ravel. "Cuando fabricas en dimensiones tan pequeñas, las cosas comienzan a volverse realmente difíciles con lo que puedes hacer dentro de los límites físicos." Los resultados fueron sorprendentes. En dispositivos más grandes, la puerta de contacto duplicó aproximadamente el rendimiento. A medida que Ravel redujo el tamaño de los dispositivos a dimensiones diminutas relevantes para tecnologías futuras, el efecto de la puerta de contacto aumentó. A una longitud de canal de 50 nanómetros y longitudes de contacto de 30 nanómetros, la puerta de contacto aumentó el rendimiento hasta seis veces. A medida que los dispositivos se reducen, explicó Franklin, los contactos dominan el rendimiento general. Cualquier mecanismo que altere el comportamiento del contacto se vuelve cada vez más importante. Dado que la mayoría de los resultados de transistores 2D reportados a lo largo de los años han utilizado arquitecturas con puerta trasera, los hallazgos de Franklin y Ravel tienen amplias implicaciones. Próximos pasos hacia dispositivos 2D realistas A continuación, el equipo planea llevar la escala aún más lejos, con longitudes de contacto de hasta 15 nanómetros, e investigar metales de contacto alternativos para reducir la resistencia de contacto. El objetivo más amplio es establecer reglas de diseño más claras para integrar semiconductores 2D en futuras tecnologías de transistores. "Si los materiales 2D van a reemplazar los canales de silicio algún día", dijo Franklin, "necesitamos ser honestos sobre cómo la arquitectura del dispositivo moldea lo que medimos. Este trabajo se trata de establecer esa base."