Monografias.com > Tecnología
Descargar Imprimir Comentar Ver trabajos relacionados

Nanotecnología aplicada a la electrónica




Enviado por Julio Cabrera



  1. Resumen
  2. Introducción
  3. Marco
    teórico
  4. Conclusiones
  5. Bibliografía

Resumen

En el presente artículo se habla acerca de la
revolución que está causando la
nanotecnología enfocada a la electrónica conocida
como (nanoelectrónica), actualmente se habla del mercado
del billón de dólares, pues la
nanotecnología es la evolución de todas las
áreas, como son académicas, manu-factureras
etc.

Palabras
clave—Nanotecnología, Nanoelectrónica,
Semiconductores, Transistor

Introducción

La nanotecnología ha tomado las riendas del
futuro de este planeta, es la nueva era de la humanidad,
recordemos la edad de piedra, la edad de bronce, luego la edad de
hierro, ahora en la era de la información por así
decirlo, nosotros somos capaces de crear elementos y con nuevos
elementos ocasionamos cambios sobre el panorama que tenemos
acerca del futuro, cada vez comprendemos más a este mundo
nanométrico que es de vital importancia para la
evolución de muchas áreas como la química,
biología, medicina, electrónica etc. La
tecnología día a día se vuelve más
pequeña y sus aplicaciones ayudarán a cambiar y
salvar muchas vidas.

Marco
teórico

  • A. De?niendo la
    nanotecnología

Primero empezaré de?niendo a la palabra como tal,
es un término referido al rango de medida de la
tecnología que será de 1 a 100 nanómetros,
también se puede decir que es la ciencia e
ingeniería producida y aplicada a la nanoescala.
[1][2]

Monografias.com

Figura 1. Proteína entre el rango
de los nanometros [3]

  • B. Importancia de la
    nanotecnología

La nanotecnología es muy importante debido a las
diferentes áreas a las que están encaminadas sus
investigaciones y desarrollo, abarca muchos campos de la ciencia
tales como: física en el desarrollo de materiales
más fuertes, flexibles y livianos, también en la
medicina para la cura de enfermedades mediante nanorobots capaces
de detectar y eliminar virus, en la ingeniería se
podrán lograr avances a una mayor rapidez, porque se
tendrá super-computadoras, herramientas más
exactas, es decir la tecnología avanzará
exponencialmente. Por estos y muchos ejemplos más es que
la nanotecnología tiene una importancia muy grande para
nuestra sociedad.

Monografias.com

Figura 2. Nanotubo de carbón
[4]

  • C. Comienzo de la
    nanotecnología

Todo comenzó por ideas del físico Richard
Feynman que es considerado el padre de la nanotecnología,
él en una reunión de la Sociedad Americana de
Física en el Instituto Tecnológico de California
(CalTech) en diciembre de 1959, en su charla describió un
proceso en el cual los científicos serían capaces
de manipular y controlar átomos y moléculas
individuales, luego de 10 años Norio Taniguchi
acreditó el término "nanotecnología".
[5]

Monografias.com

Figura 3. Richard Feynman, considerado el
padre de la nanotecnología

La inversión enfocada al área de la
nanotecnología ha llegado al record actual de 2950 mil
millones de dólares para 2015 y va en aumento. Aprovechar
al máximo los fenómenos cuánticos y
superficiales de los objetos expuestos en la nanoescala. Esta
tendencia es impulsada por la búsqueda permanente de las
empresas para mejorar los productos existentes mediante la
creación de componentes más pequeños y
mejores materiales de alto rendimiento, todo ello a un costo
más bajo.

En los últimos 20 años hemos visto una
revolución en las industrias informática, ya que
las estructuras de diseño de chips han roto el rango de
100 nanómetros, la industria de semiconductores
está en camino de convertirse en una industria de la
nanotecnología. Debido a la tendencia de "más
pequeño, barato y mejor", Las empresas
nanotecnológicas crecerá muy rápido y pronto
dependerán de ellas muchas otras empresas, podría
ser que sean nombres conocidos como Kraft, L"Oreal, Toshiba, BMW,
HTC o Bayer.

La Fundación Nacional de Ciencias estima que el
mercado de los productos de la nanotecnología en Estados
Unidos, será más de un billón de
dólares americanos en 2015, y que la industria
podría emplear más de 200 millones de trabajadores.
[6] La nanotecnología será parte de la vida diaria
de muchas personas por esto las inversiones billonarias que se
tienen serán compensadas con la gran demanda a las
aplicaciones creadas.

Por ejemplo, segun la estimación del libro
("Medio camino hacia el mercado del billón de
dólares") "El mercado global de la
nanotecnología en 2015 será de 1500 mil millones de
dólares americanos excluyendo semiconductores y 2950 mil
millones dólares incluyendo los
semiconductores".

Claramente notamos que no estamos hablando de las
aplicaciones sino de los materiales que tendrán o
serán parte las diferentes tecnologías, es por esto
que se justifica la enorme inversión realizada por algunos
paises por la nanotecnología. [7]

Monografias.com

Figure 4. Pronóstico de Lux
Research Report acerca del valor de la
Nanotecnología

  • E. Nuevo mundo
    nanométrico

Si miramos el mundo desde una perspectiva
nanométrica, el planeta en sí, sería
gigante, un tamaño reducido significa que podemos
interactuar con los sistemas ambientales tanto químicos y
biológicos, de una nueva manera.

Pero – ¿Por qué nano? – para responder
esto debemos conocer que el tamaño aproximado de una
hormiga común, es de 1 milímetro (10-3m), las
bacterias son 1000 veces más pequeñas, es decir
miden 1 micrómetro (10-6m), las proteínas miden
1000 veces menos que las bacterias, (10-9m) y 10 veces menos mide
la glucosa con 1 angstrom (10-10 m) y con esto llegamos al mundo
nanométrico (10-9). Ahora imaginemos a un niño de
un metro de estatura, si midiera 1 mm podría interactuar
con el cabello humano, si midiera 10 nm, el niño
vería a un cabello humano como la isla de Manhattan,
vería a un glóbulo rojo del tamaño de un
estadio de fútbol, como un estadio de basquetball al virus
polio, como a una pelota de ping pong al átomo de
hidrógeno. Nos damos cuenta que al tener un tamaño
de 10 nm se puede interactuar casi con cualquier sistema, o
elemento, por ende podemos introducirnos en los ambientes para
manipularlos a nuestra conveniencia. [8]

Monografias.com

Figure 5. Analogía de un
glóbulo rojo vista como un estadio, si tuviéramos
el tamaño de 10 nm [9]

  • F. Nanoelectrónica

Es la nanotecnología aplicada a la
electrónica, se sabe que los mejores dispositivos
electrónicos o tecnológicos son lo más
pequeños, livianos y eficientes, por ejemplo lo notamos en
la evolución de los celulares o de las computadoras, los
dos dispositivos nombrados anteriormente usan semiconductores,
transistores y pistas (cables); las aplicaciones de la
nanoelectrónica se ha enfocado a la evolución de
estos dispositivos que se han basado en los últimos
años en la "Ley de Moore". [10]

Monografias.com

Figura 6. Transistor MOSFET visto
microscópicamente [11]

  • G. Ley de
    Moore

La ley de Moore expresa que aproximadamente cada dos
años se duplica el número de transistores en un
circuito integrado. Se trata de una ley empírica,
formulada por el cofundador de Intel, Gordon E. Moore, el 19 de
abril de 1965, cuyo cumplimiento se ha podido constatar hasta
hoy.

En 1965, Gordon Moore afirmó que la
tecnología tenía futuro, que el número de
transistores por unidad de superficie en circuitos integrados se
duplicaba cada año y que la tendencia continuaría
durante las siguientes dos décadas. La consecuencia
directa de la ley de Moore es que los precios bajan al mismo
tiempo que las prestaciones suben: la computadora que hoy vale
3000 dólares costará la mitad al año
siguiente y estará obsoleta en dos años. En 26
años el número de transistores en un chip se ha
incrementado 3200 veces. [12]

Monografias.com

Figura 7. Evolución de los
transistores Intel comparada con la ley de Moore

Existen dos métodos de construcción,
denominados Top- Down y Bottoms-Up, Para la industria de los
semiconductores se usa el método Top-Down, que se basa en
construir un elemento a partir de uno más grande, como un
escultor que con su cincel da forma a una piedra; el
método Bottoms-Up se refiere a crear un elemento partiendo
de elementos más pequeños o de la agrupación
de los mismos (ensamble) por ejemplo los nanotubos de
carbón son creados de la unión de partículas
de carbón, colocadas de una forma tubular.

Se puede crear muchas estructuras que naturalmente
funcionarán muy bien, pero, ¿Cómo unir estas
estructuras? [13]

Monografias.com

Figura 8. Métodos de
construcción para la nanotecnología

  • I. Transistores frente a la
    nanotecnología

Primero veremos brevemente lo que es un transistor BJT,
FET y MOSFET.

El Transistor es un componente electrónico
formado por materiales semiconductores, de uso muy habitual pues
lo encontramos presente en cualquiera de los aparatos de uso
cotidiano como las radios, alarmas, automóviles,
ordenadores, etc. [14]

El transistor BJT – El transistor de unión
de juntura (del inglés Bipolar Junction Transistor, o sus
siglas BJT) es un dispositivo electrónico de estado
sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre
sí, que permite controlar el paso de la corriente a
través de sus terminales. Son de gran utilidad en gran
número de aplicaciones; pero tienen ciertos
inconvenientes, entre ellos su impedancia de entrada bastante
baja. Los transistores bipolares son los transistores más
conocidos y se usan generalmente en electrónica
analógica aunque también en algunas aplicaciones de
electrónica digital, como la tecnología TTL o
BICMOS. [15]

Monografias.com

Figura 9. Transistor BJT [16]

El transistor FET- El transistor de efecto campo
(Field- Effect Transistor o FET, en inglés) es en realidad
una familia de transistores que se basan en el campo
eléctrico para controlar la conductividad de un "canal" en
un material semiconductor. Los FET pueden plantearse como
resistencias controladas por diferencia de potencial. Los
transistores de efecto de campo o FET más conocidos son
los JFET (Junction Field Effect Transistor), MOSFET
(Metal-Oxide-Semiconductor FET) y MISFET
(Metal-Insulator-Semiconductor FET). Tienen tres terminales,
denominadas puerta (gate), drenador (drain) y fuente (source).
[17]

Monografias.com

Figura 10. Transistor FET de canal P
[18]

El transistor MOSFET- El transistor de efecto de
campo metal-óxido-semiconductor o MOSFET (en inglés
Metaloxide- semiconductor Field-effect transistor) es un
transistor utilizado para amplificar o conmutar señales
electrónicas. Es el transistor más utilizado en la
industria microelectrónica, ya sea en circuitos
analógicos o digitales, aunque el transistor de
unión bipolar fue mucho más popular en otro tiempo.
Prácticamente la totalidad de los microprocesadores
comerciales están basados en transistores MOSFET.
[19]

Monografias.com

Figura 11. Estructura de un transistor
MOFFET [20]

Una vez que hemos hablado de los distintos tipos de
transistores tenemos que conocer sus desventajas como
tales.

Si la fuente (source) y el drenador (drain) son muy
pequeños, los donadores comienzan a interactuar los unos
con los otros añadiendo impurezas intencionalmente, esto a
su vez incrementa la resistencia de los contactos.

Si el gate (puente) es muy delgado, existirá una
fuga de la corriente que comenzará a dominar el
comportamiento del transistor.

Existe un problema con las regiones dopadas, por ejemplo
si la distancia entre la fuente (source) y el drenador (drain) es
muy pequeña habrá fluctuaciones estáticas,
de modo que el dopaje de los átomos puede afectar la
conductividad. [21]

Es donde interviene la nanotecnología tratando de
reducir diferentes efectos producidos para obtener un mejor
rendimiento de los elementos.

Existen interesantes ideas, como:

TRANSISTOR CON NANOTUBOS

Consiste en formar transistores con nanotubos de
carbón, en este caso entre la fuente y el drain, lo que
aumentaría considerablemente la velocidad en la que los
electrones circulan, reduciendo la resistencia y eliminando otros
efectos, el gate en este caso no está unido
eléctricamente a los 2 anteriores terminales, como se
puede ver en la imagen. [22]

Monografias.com

Figura 12. Transistor con nanotubos de
carbón [23]

TRANSISTOR CON UN SOLO ELECTRÓN

También llamado SET (por sus siglas en
inglés, Single Electrón Transistor); como sabemos
en estos elementos la forma de conexión que se tiene
algunas desventajas, es por eso que esta idea es fuente de
investigación por muchas corporaciones actualmente, es una
nano-solución posible, tiene una increíble
sensibilidad ante los distintos ambientes, siendo los
electrómetros más sensibles del mundo, existen
muchos estudios avanzados acerca de este tema, a
continuación veremos 2 casos de los
existentes.[24]

Monografias.com

Figura 13. Transistor de electrón
simple GaAs/AlGaAs

La parte central de este actúa como un elemento
de 2 dimensiones el cual crece y decrece según el tubo que
lo alimento, al crecer realiza la conexión de
terminales.

Monografias.com

Figura 14. Transistor de una sola
molécula

Se trata de 2 nano-electrodos que se unen mediante una
molécula, está puede ser una molécula
orgánica como el benceno o el ciclo hexano etc. Su
funcionamiento se basa en el dopaje de la molécula.
[25]

Como vemos existe nano-soluciones factibles que
están en investigación, por ahora seguiremos
dependiendo de la Ley de Moore aproximadamente unos 12
años más, hasta entonces se espera evolucionar con
más ideas innovadoras.

Conclusiones

  • La nanotecnología es el futuro de la
    humanidad, es la nueva era en la que grandes cambios
    ocurrirán, cambiando tradiciones, culturas y nuestra
    perspectiva de mirar el mundo.

  • Las inversiones billonarias que se han realizado,
    para el área de investigación de la
    nanotecnología de parte de algunos países,
    promete un mercado muy comprometedor, esto debido a que la
    nanotecnología abarca muchos campos o áreas
    académicas, es decir es la evolución d cada una
    de ellas.

  • Los avances tecnológicos actualmente crecen
    de manera exponencial en los próximos 10 años,
    ésta velocidad aumentará, cada vez tendremos un
    mundo más avanzado tecnológicamente con lo que
    se espera facilitar y dar comodidad a la vida de muchas
    personas y lo más importante salvar millones de
    vidas.

  • Casi todos los dispositivos electrónicos
    dependen de microprocesadores, es decir de transistores, con
    la evolución de los transistores mediante la
    nanoelectrónica se prevee dispositivos
    electrónicos que funcionen a muy altas velocidades,
    con un consumo mínimo. Esto abre un mundo de
    posibilidades para sus aplicaciones, como son:
    supercomputadoras en nuestros hogares, super-smartphones,
    agilidad de cálculos complejos realizados por
    computadoras para prevenir desastres, ropa inteligente,
    sistemas de seguridad más avanzados etc.

Bibliografía

[1] Sitio oficial de la Iniciativa Nacional
de Nanotecnología de Estados Unidos, ¿Qué es
y cómo funciona?,
LINK:http://www.nano.gov/nanotech-101/what

[2] Nanotecnología Chile,
£Qué es
nanotecnología?,LINK:http://www.nanotecnologia.cl/que-es-nanotecnologia/

[3] Nattural Saluzvir, Proteínas,
LINK:http://www.rdnattural.es/blog/proteinas/

[4] Educación y cultura, La
nanotecnología apuesta por la unam, LINK:
http://www.educacionyculturaaz.com/cienciay-tecnologia/licenciatura-en-nanotecnologia-apuesta-de-launam/

[5] Iniciativa Nacional de
Nanotecnología, Conceptos: Nanotecnología, LINK:
http://www.nano.gov/nanotech-101/what/definition

[6] Iniciativa Nacional de
Nanotecnología, Inversiones de la nanotecnología,
LINK: http://nanodashboard.nano.gov/

[7] Nano werk, El Mercado del
trillón de dólares, LINK:
http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=1792.php

[8] Iniciativa Nacional de
Nanotecnología, El tamaño de la nano-escala,
LINK:http://www.nano.gov/nanotech-101/what/nano-size

[9]Futuro estadio Atlético de
Madrid, LINK:
http://2.bp.blogspot.com/-Ldyhm351uqk/UaS8AL_HVBI

/AAAAAAAAIQE/W2CJ85PnlrE/s1600/estadio_rojo_ok-1.jpg

[10] Antonio Hernández Cabrera,
£Qué es la nanotecnología?, pg. 339, LINK:
http://www.sinewton.org/numeros/numeros/43-44/Articulo68.pdf

[11] Sohrab Ismail-Beigi, Yale University,
MOSFET,http://volga.eng.yale.edu

[12] Enciclopedia libre Wikipedia, Ley de
Moore, LINK:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lei_de_moore_2006.png

[13] Juan Matute, Monografías, La
nanotecnología,
http://www.monografias.com/trabajos90/sobrenanotecnologia/sobre-nanotecnologia

[14] Área tecnológica, El
transistor, LINK: http://www.areatecnologia.com/
TUTORIALES/EL%20TRANSISTOR.htm

[15] Enciclopedia libre Wikipedia, El
transistor BJT, LINK:

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolar

[16] Transistor BJT, Creative commons,
LINK:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/

f4/Diagrama_de_Transistor_NPN.svg

[17] Enciclopedia libre Wikipedia, El
transistor FET, LINK:

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_efecto_campo

[18] Transistor FET, Wikimedia commons,
LINK:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:JFET_symbol_P.png

[19] Enciclopedia libre Wikipedia, El
transistor MOSFET, LINK:
http://es.wikipedia.org/wiki/MOSFET

[20] Transistor MOSFET, Wikimedia commons,
LINK:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:MOSFET_Structure.png

[21] Daniela, Ventajas y desventajas de los
transistores, Colombia-2010, LINK:
http://www.alegsa.com.ar/Diccionario/C/12039.php

[22] Revisiones de tecnología por
MIT, El primer ordenador de carbono, LINK:

http://www.technologyreview.es/read_article.aspx?id=43923

[23] Enciclopedia libre Wikipedia,
Transistor FET con nanotubo de carbón, LINK:

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Wiki6.jpg

[24] Alex Rimberg, Dartmouth University,
2003, LINK: http://www.dartmouth.edu/~rimgroup

[25] Doug Natelson, Rice University,
LINK:http://www.ruf.rice.edu/~natelson/group.html

 

 

Autor:

Julio Cesar Cabrera
Hidalgo

Universidad Politécnica Salesiana,
Sede Cuenca

Electrónica Analógica
II

Nota al lector: es posible que esta página no contenga todos los componentes del trabajo original (pies de página, avanzadas formulas matemáticas, esquemas o tablas complejas, etc.). Recuerde que para ver el trabajo en su versión original completa, puede descargarlo desde el menú superior.

Todos los documentos disponibles en este sitio expresan los puntos de vista de sus respectivos autores y no de Monografias.com. El objetivo de Monografias.com es poner el conocimiento a disposición de toda su comunidad. Queda bajo la responsabilidad de cada lector el eventual uso que se le de a esta información. Asimismo, es obligatoria la cita del autor del contenido y de Monografias.com como fuentes de información.

Categorias
Newsletter