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Revista de la Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica
“CIRCUITOS INTEGRADOS DE GRAFENO”
Ivan Delgado Huayta.1
¹Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica
¹Facultad de Ingeniería de Mecánica Eléctrica, Electrónica y Sistemas.
Universidad nacional del altiplano. Puno Peru.
RESUMEN
El presente artículo de investigación describe
una de las aplicaciones basadas en el uso de
Grafeno un material semiconductor mucho
más versátil y eficiente que el Silicio. La
electrónica moderna tiene sus inicios en los
ensayos realizados mediante tubos de vacío a
comienzos del siglo XX. Mediante estos
elementos se hizo posible la manipulación de
señales, algo que no podía realizarse con la
tecnología existente en ese momento.
Aplicaciones que se realizaban con los tubos de
vacío era amplificar las señales de radio y de
sonido débiles, permitiendo superponer señales
de sonido a las ondas de radio. El avance
tecnológico de los tubos de vacío, posibilitó el
rápido avance de las telecomunicaciones antes
de la II Guerra Mundial y el desarrollo de las
primeras computadoras. Actualmente los tubos
de vacío has sido reemplazados por el
transistor. El transistor permite las mismas
funciones que el tubo de vacío, pero con un
costo, peso y potencia más bajos, y una mayor
fiabilidad. El grafeno, derivado del grafito, es
carbono en estado puro. Con propiedades
entre semiconductor y metal. Se trata de un
material muy resistente, 200 veces más que el
acero, extremadamente flexible y un excelente
conductor de electricidad.
ABSTRAC
The present research article describes one of
the use of Graphene-based applications a much
more versatile and efficient than silicon
semiconductor material. Modern electronics
has its beginnings in the tests carried out using
vacuum tubes at the beginning of the 20th
century. Through these elements was made
possible the manipulation of signals, something
that could not be done with existing technology
in that time. Applications that were performed
with vacuum tubes was to amplify weak radio
and sound signals, allowing overlaying sound
waves of radio signals. The technological
advancement of vacuum tubes, enabled the
rapid development of telecommunications
before World War II and the development of
the first computers. Currently vacuum tubes
have been replaced by the transistor. Transistor
allows the same functions as the vacuum tube,
but at a cost, weight and lower power, and a
greater reliability. Graphene, derived from
graphite, is pure carbon. Properties between
semiconductor and metal. It's a very tough
material, 200 times more than steel, extremely
flexible, and an excellent conductor of
electricity.
Palabras clave: Grafeno, semiconductors,
integrated circuits.
Palabras clave: Grafeno, Semiconductores,
Circuitos Integrados.
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Magíster Scientae en Ingeniería Electrónica. Candidato a Doctor en Mecatrónica. Docente de la
Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica de la Universidad Nacional del Altiplano – Puno.
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Revista de la Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica
INTRODUCCIÓN
El presente artículo de investigación se realizó
teniendo en cuenta que en la actualidad poco o
nada se sabe sobre el uso del Grafeno como
material semiconductor. Aquí se expone el
análisis realizado desde el punto de vista de
ingeniería, para demostrar una aplicación del
Grafeno, que es un material que dará mucho
que hablar en la presente década.
Podemos considerar que el primer transistor se
inventó en 1947, cuando William Shockley,
John Bardeen y Walter Brattain lo desarrollaron
para la compañía Bell Telephone. Dadas sus
características permitió el desarrollo de los
circuitos integrados y las computadoras. Los
transistores se basan en las propiedades de
conducción
eléctrica
de
materiales
semiconductores, como el germanio o el silicio.
Particularmente, el transporte eléctrico en estos
dispositivos se da a través de uniones, formadas
por el contacto de materiales semiconductores.
Las propiedades de conducción eléctrica de las
uniones se ven modificadas dependiendo de la
polaridad y de la magnitud del voltaje aplicado,
donde se reproduce el efecto amplificador que
se obtenía con las válvulas de vacío.
Los principales desarrollos en la tecnología de
los transistores se producen posteriormente en
la década de los 60 y 70, gracias a la
investigación asociada a la era espacial,
permitiendo el desarrollo del circuito integrado.
Estos dispositivos pueden contener centenares
de miles de transistores en un pequeño trozo de
material, permitiendo la construcción de
circuitos electrónicos complejos, como los de
los microordenadores o microcomputadoras,
equipos de sonido y vídeo, y satélites de
comunicaciones. El primer circuito Integrado
fue creado por Jack Kilby en la empresa Texas
Instruments en el año de 1959. A partir de 1966
los Circuitos Integrados comenzaron a
fabricarse por millones y en la actualidad se
considera una pieza esencial en los aparatos
electrónicos.
Actualmente, en febrero de 2010, científicos de
IBM crearon un transistor de grafeno capaz de
funcionar a una frecuencia de 100 GHz.
Construyendo el primer circuito integrado con
transistores de este revolucionario material, que
permitirá fabricar microprocesadores, sensores
y sistemas de comunicación mucho más
veloces que los actuales. El avance, desvelado
en la revista Science, consiste en un mezclador
de radiofrecuencia de banda ancha a 10 GHz y
está construido sobre una oblea de silicio. Esto
supone el primer paso para fabricar circuitos
integrados de grafeno de la misma manera en
que se fabrican los de silicio, ya que el proceso
es el mismo para ambos materiales.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se usó el método descriptivo. Para llevar a cabo
la investigación, se requiere trabajar con una
bibliografía especializada y poco común ya que
éste material no es totalmente comercial y la
literatura es muy escasa al respecto.
Con el fin de alcanzar los objetivos planeados y
contrastar la hipótesis formulada se han elegido
las técnicas e instrumentos mostrados en la
tabla 1.
TÉCNICAS
Recolección de
información.
INSTRUMENTOS
Análisis
bibliográfico
Tabla 1. Técnicas e instrumentos.
RESULTADO Y DISCUSIÓN:
El grafeno es una estructura laminar plana, de
un átomo de grosor, compuesta por átomos de
carbono densamente empaquetados en una red
cristalina en forma de panal de abeja. Este
nuevo material se caracteriza por poseer una
alta conductividad térmica y eléctrica y por
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combinar una alta elasticidad y ligereza con una
dureza extrema.
Figura 1. Estructura del Grafeno.
Ahora, IBM ha sido la responsable de fabricar
el primer circuito integrado con transistores de
este material que pueden funcionar a una
frecuencia de 10 giga hertzios y hasta 125 ºC de
temperatura. Básicamente, este nuevo circuito,
un mezclador de radiofrecuencia de banda
ancha, consiste en un transistor de Grafeno y
un par de bobinas compactas en su interior
integradas en una fina oblea de carburo de
silicio.
T.C. Chen, vice presidente de Ciencia y
Tecnología de investigación de IBM: a unos
días de conmemorar los 100 años de IBM,
nuestros científicos han logrado un hito en
nanotecnología (...) esta investigación supone
un gran paso adelante sobre el rendimiento de
los componentes de comunicación para que
permitan a las personas interactuar con más
eficiencia.
Elisa Martín Garijo, directora de Tecnologí a e
Innovación de IBM en España: Es un hito
importante. Supone el primer paso para
demostrar que ya podemos fabricar circuitos
integrados de grafeno. Y de la misma manera
en que se fabrican los de silicio, porque el
mismo proceso sirve para ambos materiales. El
próximo paso será fabricar el chip de grafeno.
Los investigadores comentan en una edición de
la revista Science que el grafeno tiene el
potencial para hacer transistores que sean
capaces de funcionar a velocidades del orden de
los Terahertz y que podrían en un futuro, no
muy lejano, reemplazar al silicio como base
para los microprocesadores utilizados en
ordenadores. Algo necesario, ya que los
circuitos convencionales de silicio se espera que
empiecen a llegar a sus límites a finales de esta
década.
El grafeno es un material capaz de convertirse
en monitor (porque es transparente) y
procesador (diez veces más rápido que el de
silicio) a la vez, que se enrolla y se pliega, que es
tan irrompible como el diamante y que tiene un
sólo átomo de grosor.
Figura 2. Modelo de un Circuito Integrado de
Grafeno.
CONCLUSIONES
El grafeno se obtiene a partir de una sustancia
abundante en la naturaleza, el grafito. Ésta,
forma parte de nuestra vida cotidiana, ya que se
emplea para fabricar muy variados objetos,
desde la mina de los lápices hasta algunos
ladrillos.
Pese a que el grafeno se conoce desde la década
de 1930, fue abandonado por considerarlo
demasiado inestable. No fue hasta muchos
años después, en 2004, cuando los científicos
de origen ruso Novoselov y Geim consiguieron
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aislarlo a temperatura ambiente. Este
descubrimiento no fue baladí, pues gracias a él
obtuvieron el Premio Nobel en 2010.
Por sus propiedades, el grafeno puede servir
como material en la fabricación de aviones,
satélites espaciales o automóviles, haciéndolos
más seguros. También en la construcción de
edificios, pues los convertiría en más
resistentes. Pero, sobre todo, destacan sus
aplicaciones en el campo de la electrónica,
donde a través de su capacidad para almacenar
energía puede dotar a las baterías de una mayor
duración y un menor tiempo de carga,
establecer conexiones más rápidas e incluso
contribuir a mejorar el medio ambiente
sustituyendo a materiales contaminantes que
hoy en día nos vemos obligados a utilizar.
nal/v467/n7313/full/nature09405.html
consultado en marzo de 2014.
La propiedad más inesperada y embriagante
del
grafeno BBC
Mundo»:
http://www.nature.com/nature/journal
/v467/n7313/full/nature09405.html
consultada en marzo de 2014., integrated
circuits.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
MURRAY TORTAROLO, G. y Murray
Prisant, G. (julio 2012). Grafeno: ¿La
siguiente revolución tecnológica? ¿Cómo
ves? Revista divulgación de la Ciencia de
la Universidad Nacional. Año 14, no.
164, pp. 22-25. ISSN 1870-3186.
C. D. SIMPSON ET AL. "Synthesis of a
Giant 222 Carbon Graphite Sheet"
Chemistry - A European Journal, 6 1424
(2002)
TAPASZTÓ,
LEVENTE;
Dobrik,
Gergely; Lambin, Philippe; Biro,
László (2008). «Tailoring the atomic
structure of graphene nanoribbons by
scanning
tunnelling
microscope
lithography
sandra».
Nature
Nanotechnology 3. pp. 397-401.
LOS TRANSISTORES ALCANZAN UNA
VELOCIDAD
DE
300.
Hz:ttp://www.nature.com/nature/jour
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