Reaparece el Germanio como alternativa del Silicio

Científicos de la Universidad Estatal de Ohio (EE.UU), han logrado resurgir al Germanio como una propuesta para suceder al Silicio entre las materias primas de semiconductores, al crear nuevas láminas monoatómicas que harían de la electrónica más poderosa y veloz.

El elemento químico número 32 de la tabla periódica, Germanio (Ge) ha vuelto a resurgir como materia prima para la fabricación de circuitos semiconductores, después de que científicos de la Universidad Estatal de Ohio (EU) dieron a conocer el desarrollo de láminas monoatómicas de Ge que podrían ser utilizadas para la creación de electrónica más rápida y eficiente en comparación con los dispositivos basados en Silicio (Si).

Pero no sólo al Silicio pretende desbancar la novedosa tecnología basada en Germanio, sino que sus descubridores han advertido incluso de la posibilidad de competir con el Grafeno, otro material que a la fecha se encuentra en etapa de investigación y desarrollo para implementarlo en la fabricación de electrónica más poderosa.

Silicio de gran pureza

De acuerdo a los académicos encargados del proyecto, el nombre asignado a esta nueva tecnología es Germanano, con el cual se lograron generar monocapas con el espesor de un átomo (monoatómicas) capaces de excitar los electrones para que circulen hasta 10 veces más rápido en comparación como lo hacen las capas de Silicio y 5 veces más veloz que como ocurre con el Germanio convencional.

Es importante recordar que hace aproximadamente 6 décadas que el Germanio apareció en escena de la industria electrónica como elemento primo para la fabricación de los pioneros transistores para la electrónica.

Tiempo después, la industria descubrió que el Silicio ofrecía mucho más ventajas que el Germanio para la fabricación de semiconductores debido a su abundancia en la corteza terrestre y su precio más económico, por lo que inmediatamente mandaron al Germanio a su jubilación comercial.

El grupo de investigadores de la Ohio State University se ha propuesto llevar a cabo el resurgimiento de este material a través de su variante revolucionada Germanano que promete cambiar la electrónica del futuro.

El grafito (izquierda) es la sustancia blanda con la que se fabrican las minas de los lápices, mientras que el diamante (en bruto, derecha) es el material natural más duro que se conoce

Entre las declaraciones de los científicos de la universidad, se encuentra que el Grafeno -del cual se extraen monocapas de Carbono- no resulta tan perfecto, pues de entrada no cuenta con una zanja de energía como sucede con los semiconductores convencionales.

En base con las explicaciones de los investigadores a cargo, la metodología para crear las monocapas atómicas de Germanano es muy similar al proceso que se sigue con el Grafeno, pero en el caso del Germanano, los átomos deben formar una red cristalina tridimensional y no monocapas.

Esta estructura resultante, depende de los enlaces químicos que se apliquen en el elemento así como a la manera en cómo se organicen bajo ciertas restricciones. Esta tecnología también se ha logrado intercalando los átomos de calcio entre las capas de Germanio, y posteriormente disolviendo la intercapa de calcio con agua.

Los científicos presumiblemente pueden mostrar mediante sus registros de documentación del proyecto que el Germanio obtenido del anterior proceso, es estable si se le expone tanto al aire como al agua, resolviendo cuestionamientos sobre su efectividad en condiciones naturales como lo tienen otros materiales de semiconducción. Además, su estabilidad presuntamente supera a la del Silicio y puede ser manipulado con técnicas convencionales, una ventaja importante si se considera que cada tecnología basada en nuevos compuestos químicos tiende a requerir procesos exclusivos, y aunque sean efectivos en comparación con las actuales, su adopción en la industria por parte de las compañías de electrónica, requeriría millonarias inversiones.

Los circuitos electrónicos basados en Germanano, pueden fabricarse siguiendo los mismos procesos en la electrónica moderna convencional, informan sus descubridores.

En su reporte, Joshua Goldberger, uno de los miembros del grupo científico de la Universidad Estatal de Ohio, aclara que, a pesar de que muchas personas creen que el Grafeno es el reemplazo único de la actual tecnología basada en Silicio, el Germanio podría significar menores costos en su adopción industrial en comparación con el Grafeno.

Los científicos creen que uno de los campos más beneficiados en el uso del Germanano, es de opto-electrónicos, ya que la zanga de energía de este compuesto hace que la luz sea absorbida fácilmente, mientras que en el Silicio y Germanio convencionales se realiza en un modo indirecto.

“Cuando tratas de usar un material con banda indirecta en células solares tienes que hacerlo grueso si quieres que pase suficiente energía a través para que sea útil. Un elemento con banda directa puede realizar el mismo trabajo con un material 100 veces más fino”, comentó Goldberger.

Debido a que la velocidad en la que se desplazan los electrones en un semiconductor está relacionada con la movilidad de electrones, la materia prima donde se desplazan los electrones es la clave para que un equipo de cómputo sea más potente.

En este aspecto, los transistores más pequeños requieren una movilidad significativa para que los transistores funcionen, y en esta fase, el Germanio resulta 10 veces superior a las cualidades del Silicio, lo que en términos de diseño electrónico, sería factible la fabricación de circuitos microelectrónicos más poderosos gracias al material.

Los investigadores creen que la tecnología podría estar lista para ser implementada de manera industrial a corto plazo, ya que por ahora solo se enfocan en ajustar las propiedades del Germanano mediante la aplicación de cambios en la configuración de átomos en las monocapas.