Transistores rápidos hechos con impresora

Lars Herlogsson, de la Universidad de Linköping, Suecia, ha presentado en sociedad los seis artículos de su tesis doctoral que se publicarán en la revista “Advanced Materials”. Este trabajo sostiene que, con la ayuda de polímeros, resinas y plásticos, elementos que se encuentran a gran escala en la actualidad, es posible la fabricación de transistores rápidos, ideales para conmutación (Fast Switching), capaces de funcionar con pequeñas baterías. El autor estima que el voltaje necesario para operar  cada unidad es de alrededor de 1Voltio (o menos), son baratos y están especialmente orientados a la electrónica impresa. La tecnología de los semiconductores evoluciona día a día y los transistores impresos comienzan a ser moneda corriente. Ahora es el turno de los transistores rápidos de conmutación (Fast switching). Entérate como es el método.

Ha habido un notable progreso en el desarrollo de materiales orgánicos electrónicos desde el descubrimiento de los polímeros conductores, hace ya más de tres décadas. Muchos de estos materiales pueden ser procesados en una solución, adoptando la  forma de las tintas clásicas para impresoras, permitiendo el uso tradicional de las técnicas de impresión de alto volumen, para la fabricación de dispositivos electrónicos orgánicos, en superficies flexibles y a bajo costo. Muchas de estas aplicaciones utilizan baterías impresas, células solares orgánicas o acoplamiento electromagnético para la alimentación, es decir, mediante inductancias impresas en el propio dispositivo. Este tipo de técnicas requiere que los desarrollos creados, mediante estos métodos, sean energéticamente muy eficientes y que puedan operar con bajas tensiones.

El transistor desarrollado por Herlogsson se compone de dos polímeros, uno de ellos actúa como un semiconductor y el otro como un electrolito, esto es, una sustancia que contiene iones móviles con carga y permite el control de la corriente que fluye a través del transistor. En su estructura, los polímeros están formados por cadenas de moléculas relacionadas. Un tipo de partículas cargadas en el electrolito, los iones positivos o negativos, se unen a la cadena relacionada en el polímero semiconductor convirtiéndose en una capa activa, donde se concentra el campo eléctrico. Aquí, el electrolito llega a ser muy delgado alcanzando un espesor de 1 nanómetro. Por lo tanto, según la carga de los iones concentrados, se lograrán los dos tipos de transistores; de canal P para iones positivos o de canal N para iones negativos.

La tesis de Lars Herlogsson se centra en transistores orgánicos de película delgada que utilizan electrolitos como aislantes de puerta (MOSFET). La alta capacidad de las capas del electrolito utilizado permite que los transistores puedan funcionar con tensiones muy bajas, cercanas a tan sólo 1 V.  Además, esta técnica permitirá construir sin problemas circuitos integrados, tanto de transistores de tecnología unipolar como complementarios, basados en estos transistores de “puertas-poli-electrolito”. Los circuitos complementarios operarán con tensiones de alimentación mínimas de hasta 0,2Volts, con un consumo de energía de menos de 2,5nanoWatt por puerta y con retrasos de propagación de la señal (signal propagation delays) de hasta 0,26 ms por etapa. Por lo tanto, estos circuitos de “puerta-poli-electrolito” son muy prometedores para las aplicaciones de la electrónica impresa impulsados por fuentes de energía de baja tensión y baja capacidad de corriente.

Mediante la combinación de transistores de canales P y N, Lars Herlogsson ha construido circuitos complementarios, al igual que los circuitos CMOS y comenta: “Esta es una tecnología CMOS muy robusta que permite trabajar con unidades de tensión muy bajas, y además de eso, es totalmente adecuada para la electrónica impresa“. Para lograr estos voltajes tan bajos, con la tecnología convencional, se necesita trabajar con capas muy delgadas, por supuesto, del orden de los nanómetros. La impresión de una capa de 100 nanómetros de espesor, como en este caso, es posible utilizando técnicas convencionales de impresión. La idea de crear una capa activa delgada también causó una buena impresión al profesor de electrónica Christer Svensson, emérito de la comisión examinadora. “Un trabajo científico muy claro, muy limpio. Una idea inteligente que se puso claramente de manifiesto a través de los trabajos realizados en forma práctica y tangible. Es posible que las aplicaciones para este tipo de electrónica, alcancen una buena posición en, por ejemplo, grandes pantallas de televisión donde sería capaz de competir con el silicio gracias a su facilidad de construcción y su bajo precio“.

El objetivo de la tesis de Lars Herlogssons ha sido producir un material a base de polímeros para lograr transistores orgánicos que se puedan imprimir a un precio razonable. El resultado es un transistor que, dentro de la electrónica tradicional, se lo conoce como un transistor de efecto de campo de puerta aislada (MOSFET). Después de pasar años en la investigación, Lars Herlogsson ha dado un paso más, acercándose a la producción en grandes cantidades. En septiembre comenzó a trabajar en la empresa Thin Film Electronics, en Linköping, para desarrollar memorias impresas económicas. Muy pronto, quizás, nos sorprenda con nuevos e innovadores conceptos, hechos realidad y fáciles de encontrar en cualquier tienda.

El resultado es un transistor que, dentro de la electrónica tradicional, se lo conoce como un transistor de efecto de campo de puerta aislada (MOSFET)