Los investigadores del Laboratorio Nacional de Los Álamos y sus colaboradores de la Universidad de California en Irvine han creado bloques de construcción electrónicos fundamentales a partir de estructuras diminutas conocidas como puntos cuánticos y los han utilizado para ensamblar circuitos lógicos funcionales.

La innovación promete un enfoque más barato y fácil de fabricar para dispositivos electrónicos complejos que se pueden fabricar en un laboratorio de química a través de técnicas simples basadas en soluciones, y ofrecen componentes buscados durante mucho tiempo para una gran cantidad de dispositivos innovadores.

«Las aplicaciones potenciales del nuevo enfoque para los dispositivos electrónicos basados ​​en puntos cuánticos no tóxicos incluyen circuitos imprimibles, pantallas flexibles, diagnósticos de laboratorio en un chip, dispositivos portátiles, pruebas médicas, implantes inteligentes y biometría», dijo Victor Klimov. un físico especializado en nanocristales semiconductores en Los Alamos y autor principal de un artículo que anuncia los nuevos resultados en la edición del 19 de octubre de Nature Communications .

Durante décadas, la microelectrónica se ha basado en silicio de pureza extra alta procesado en un entorno de sala limpia especialmente creado. Recientemente, la microelectrónica basada en silicio ha sido desafiada por varias tecnologías alternativas que permiten la fabricación de circuitos electrónicos complejos fuera de una sala limpia, mediante técnicas químicas económicas y fácilmente accesibles. Las nanopartículas de semiconductores coloidales fabricadas con métodos químicos en entornos mucho menos estrictos son una de esas tecnologías emergentes. Debido a su pequeño tamaño y propiedades únicas controladas directamente por la mecánica cuántica, estas partículas se denominan puntos cuánticos.

Un punto cuántico coloidal consiste en un núcleo semiconductor cubierto con moléculas orgánicas. Como resultado de esta naturaleza híbrida, combinan las ventajas de los semiconductores tradicionales bien entendidos con la versatilidad química de los sistemas moleculares. Estas propiedades son atractivas para realizar nuevos tipos de circuitos electrónicos flexibles que podrían imprimirse en prácticamente cualquier superficie, incluido plástico, papel e incluso piel humana. Esta capacidad podría beneficiar a numerosas áreas, incluida la electrónica de consumo, la seguridad, la señalización digital y el diagnóstico médico.

Un elemento clave de los circuitos electrónicos es un transistor que actúa como un interruptor de corriente eléctrica activado por voltaje aplicado. Por lo general, los transistores vienen en pares de dispositivos de tipo ny p que controlan los flujos de cargas eléctricas negativas y positivas, respectivamente. Estos pares de transistores complementarios son la piedra angular de la tecnología moderna CMOS (semiconductor complementario de óxido de metal), que habilita microprocesadores, chips de memoria, sensores de imagen y otros dispositivos electrónicos.

Los primeros transistores de puntos cuánticos se demostraron hace casi dos décadas. Sin embargo, la integración de dispositivos complementarios de tipo ny p dentro de la misma capa de puntos cuánticos siguió siendo un desafío de larga data. Además, la mayoría de los esfuerzos en esta área se han centrado en nanocristales basados ​​en plomo y cadmio. Estos elementos son metales pesados ​​altamente tóxicos, lo que limita enormemente la utilidad práctica de los dispositivos demostrados.

El equipo de investigadores de Los Alamos y sus colaboradores de la Universidad de California, Irvine, han demostrado que al usar puntos cuánticos de seleniuro de indio y cobre (CuInSe2) desprovistos de metales pesados, pudieron abordar tanto el problema de la toxicidad como simultáneamente lograr una integración directa de n – y p-transistores en la misma capa de puntos cuánticos. Como prueba de la utilidad práctica del enfoque desarrollado, crearon circuitos funcionales que realizaban operaciones lógicas.

La innovación que Klimov y sus colegas están presentando en su nuevo artículo les permite definir transistores de tipo py n aplicando dos tipos diferentes de contactos metálicos (oro e indio, respectivamente). Completaron los dispositivos depositando una capa de puntos cuánticos común encima de los contactos prediseñados. «Este enfoque permite la integración directa de un número arbitrario de transistores complementarios de tipo p y n en la misma capa de puntos cuánticos preparada como una película continua sin patrón mediante recubrimiento por giro estándar», dijo Klimov.

Fuente: el DOE / Laboratorio Nacional de Los Alamos