Científicos de la Universidad de Warwick y el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá han logrado la mayor movilidad de huecos jamás medida en un material compatible con silicio. Usando una capa de germanio deformado compresivamente sobre silicio, alcanzaron 7,15 millones de cm² por voltio-segundo. Este avance promete electrónica más rápida, que genera menos calor, y progresos en dispositivos cuánticos.
El silicio sustenta la mayoría de los dispositivos semiconductores modernos, pero a medida que los componentes se reducen, generan más calor y alcanzan límites de rendimiento. El germanio, utilizado en transistores de principios de los años 1950, está ganando atención por sus mejores propiedades eléctricas mientras se integra en los procesos de fabricación de silicio.
En un estudio publicado en Materials Today, un equipo dirigido por el Dr. Maksym Myronov en la Universidad de Warwick desarrolló una capa epitaxial de germanio de grosor nanométrico sobre silicio bajo deformación compresiva. Esta estructura permite que la carga eléctrica se desplace con resistencia mínima, superando cualquier material compatible con silicio anterior.
Los investigadores cultivaron una capa delgada de germanio sobre una oblea de silicio y aplicaron una deformación compresiva precisa para crear una estructura cristalina pura. Las pruebas mostraron una movilidad de huecos de 7,15 millones de cm² por voltio-segundo, en comparación con unos 450 cm² en silicio industrial estándar. Esto significa que las cargas viajan mucho más fácilmente, permitiendo un funcionamiento más rápido de los dispositivos y un menor consumo de energía.
El Dr. Maksym Myronov, profesor asociado y líder del Grupo de Investigación en Semiconductores de la Universidad de Warwick, dijo: «Los semiconductores de alta movilidad tradicionales como el arseniuro de galio (GaAs) son muy caros e imposibles de integrar con la fabricación de silicio convencional. Nuestro nuevo material cuántico de germanio deformado compresivamente sobre silicio (cs-GoS) combina una movilidad líder mundial con escalabilidad industrial, un paso clave hacia circuitos integrados cuánticos y clásicos a gran escala prácticos».
El Dr. Sergei Studenikin, oficial principal de investigación del Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá, añadió: «Esto establece un nuevo estándar para el transporte de cargas en semiconductores del grupo IV, los materiales en el corazón de la industria electrónica global. Abre la puerta a electrónica más rápida y eficiente energéticamente, y dispositivos cuánticos totalmente compatibles con la tecnología de silicio existente».
Las aplicaciones potenciales incluyen sistemas de información cuántica, qubits de espín, controladores criogénicos para procesadores cuánticos, aceleradores de IA y servidores eficientes energéticamente que reducen las necesidades de refrigeración en centros de datos. Este trabajo resalta el papel del Reino Unido en la investigación de semiconductores.