Problemas de fiabilidad de los nanotubos de carbono en el futuro de la electrónica

Las pruebas recientes en el NIST indican que un importante problema puede estar ocurriendo  respecto a la nanotecnología.
Los nanotubos de carbono ofrecen la gran promesa en un paquete pequeño. Por ejemplo, estos pequeños cilindros de moléculas de carbono, teóricamente, pueden llevar hasta 1000 veces más corriente eléctrica que un conductor de metal del mismo tamaño.
Es fácil imaginar a los nanotubos de carbono sustituyendo el cableado de cobre en el futuro de la electrónica a nanoescala.
Pero no tan rápido. Las pruebas recientes en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) sugieren que la fiabilidad del dispositivo es un problema importante.
Los cables de cobre para el transporte de energía y otras señales de entre todas las partes de los circuitos integrados, e incluso un conductor no pueden ser la causa de la falla del chip. Como una comparación aproximada, los investigadores del NIST han fabricado y probado nanotubos de numerosas interconexiones entre electrodos metálicos. Resultados de las pruebas del NIST, que se describen en una conferencia de esta semana, muestran que los nanotubos pueden soportar densidades de corriente muy altas (de decenas a cientos de veces mayor que en un circuito semiconductor típico) durante varias horas, pero poco a poco se degradan bajo corriente constante. La mayor preocupación, es que los electrodos de metal a prueba fallan cuando las corrientes alcanzan un umbral determinado. Los circuitos fallan en unas 40 horas.
Mientras muchos investigadores de todo el mundo están estudiando la fabricación de nanotubos y las propiedades de estos, el trabajo del NIST ofrece un primer vistazo a cómo estos materiales pueden comportarse de manera real dentro de los dispositivos electrónicos en el largo plazo. Para apoyar las aplicaciones industriales de estos nuevos materiales, el NIST está desarrollando técnicas de medición y prueba y el estudio de una variedad de estructuras de nanotubos, enfocándose en lo que sucede en las intersecciones de los nanotubos y los metales y entre los nanotubos diferentes. "El nexo común es que realmente la necesidad es estudiar las interfaces", dice Mark Strus, un investigador postdoctoral del NIST.
En otro estudio relacionado publicado recientemente, los investigadores del NIST detectaron fallas en las redes de nanotubos de carbono, material en el que los electrones físicamente conectan de tubo a tubo. Los fallos en este caso parecen ocurrir entre los nanotubos, el punto de mayor resistencia, dice Strus. Mediante el control de la resistencia de arranque y las etapas iniciales de la degradación del material, los investigadores pudieron predecir si la resistencia se degrada poco a poco, permitiendo que los límites de operación sean ajustados de manera esporádica, impredecible, lo que socavaría el rendimiento del dispositivo. En NIST desarrollaron las pruebas de tensión eléctrica que enlazan la resistencia inicial a la tasa de degradación, la previsibilidad de la insuficiencia y la duración total del dispositivo. La prueba se puede utilizar para la detección de manufacturación y fiabilidad de las redes de nanotubos.
A pesar de los problemas de fiabilidad, imagina Strus que las redes de nanotubos de carbono en última instancia, pueden ser muy útiles para algunas aplicaciones electrónicas. "Por ejemplo, las redes de nanotubos de carbono no pueden debenir en la sustitución del cobre en dispositivos de lógica o de la memoria, pero pueden llegar a ser las interconexiones de pantallas electrónicas flexibles o la energía fotovoltaica", dice Strus.
En general, la investigación del NIST ayudará a calificar los materiales de nanotubos para la próxima generación de la electrónica, y ayudara a los desarrolladores en el proceso de determinar qué tanto una estructura puede soportar la corriente eléctrica alta y ajustar en consecuencia el procesamiento para optimizar el rendimiento y la fiabilidad.
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