Durante décadas, el silicio ha sido el corazón de la electrónica moderna. Está presente en los ordenadores, móviles, televisores y prácticamente cualquier dispositivo digital que utilizamos a diario. Pero como ocurre con muchas tecnologías, ha llegado a un punto en el que ya no puede seguir mejorando al ritmo que exige el mercado. Por eso, un grupo de investigadores de la Universidad de Tokio ha desarrollado un nuevo tipo de transistor que podría marcar el camino a seguir: está fabricado con un material conocido como óxido cristalino de indio y galio (InGaOx) y ha demostrado ser más rápido, más pequeño y más fiable que los transistores actuales de silicio.

Este avance no se trata solo de hacerlo “más pequeño”. Estamos hablando de un tipo de transistor que puede mejorar significativamente la eficiencia energética de los dispositivos, reducir las pérdidas de corriente no deseadas y funcionar de forma estable incluso tras muchas horas de uso continuo.

¿Por qué hace falta un nuevo tipo de transistor?

Desde hace más de 50 años, el silicio ha funcionado muy bien como base para construir chips electrónicos. Es barato, fácil de trabajar y tiene buenas propiedades para conducir electricidad cuando se necesita. Sin embargo, a medida que los chips se hacen más pequeños para meter más potencia en menos espacio —como ocurre en móviles o portátiles actuales— el silicio comienza a tener problemas. La corriente eléctrica no se comporta como debería, hay más pérdidas de energía, se calienta más y sufre desgaste más rápido.

Los fabricantes han ido encontrando soluciones temporales, pero ya no basta con hacer las cosas más pequeñas. Hace falta un material nuevo que pueda seguir ofreciendo buen rendimiento sin los inconvenientes del silicio cuando se trabaja a escala tan diminuta.

La alternativa: un transistor hecho con óxido cristalino

El equipo japonés ha fabricado un transistor utilizando una mezcla especial de óxidos metálicos, concretamente óxido de indio dopado con galio. Este tipo de materiales ya se han utilizado antes, por ejemplo en pantallas OLED y LCD, pero hasta ahora no se habían empleado con éxito en componentes tan complejos como un transistor de última generación.

Lo que han conseguido va más allá de la simple sustitución del silicio. El nuevo material tiene una estructura atómica mucho más ordenada, lo que hace que los electrones (las partículas que transportan la electricidad) se muevan más rápido y con mayor facilidad. De hecho, han logrado una movilidad electrónica —una medida de la rapidez con la que se mueven los electrones— más del doble que en los transistores de óxido amorfo tradicionales, que son comunes en pantallas y sensores.

Un diseño que mejora el control de la corriente

Pero no solo es cuestión del material. También han cambiado la forma del transistor. En lugar de tener un diseño plano, como los chips antiguos, han creado una arquitectura en la que la parte que controla la corriente —la compuerta— envuelve completamente al canal por el que pasa la electricidad. A esto se le llama diseño gate-all-around (GAA) y permite controlar mejor el flujo eléctrico, evitando que se escape corriente por donde no debe.

Esta mejora en el diseño hace que el transistor sea más eficiente, tenga menos pérdidas y se mantenga estable durante más tiempo. En pruebas de laboratorio, funcionó durante más de tres horas seguidas sin que su rendimiento disminuyera, algo fundamental para aplicaciones donde la fiabilidad es clave, como centros de datos o equipos médicos.

¿Cómo se fabrica este nuevo transistor?

El proceso de fabricación también es diferente. Para hacer el canal conductor, los investigadores usaron una técnica llamada deposición por capas atómicas, que permite colocar el material una capa extremadamente fina cada vez, casi átomo por átomo. Esto da como resultado una superficie muy uniforme y un control absoluto sobre el grosor del canal, algo difícil de conseguir con otros métodos.

Después de depositar el material, lo sometieron a un tratamiento térmico controlado que ayudó a formar una estructura cristalina estable. El galio, además, juega un papel importante porque ayuda a reducir las “imperfecciones” del material, que suelen ser responsables de que los electrones se desvíen o se queden atrapados.

¿Dónde podría utilizarse esta tecnología?

Aunque aún está en fase experimental, este nuevo tipo de transistor podría aplicarse en muchos campos. Desde teléfonos móviles, ordenadores y relojes inteligentes, hasta servidores de alta potencia que procesan millones de datos en la nube. También sería útil en coches eléctricos, sensores médicos o dispositivos de inteligencia artificial, donde se necesita velocidad, bajo consumo y fiabilidad.

Una de las ventajas más interesantes es que este nuevo transistor no necesita una tecnología de fabricación completamente distinta. Es decir, se podría integrar en los procesos industriales actuales, lo que facilitaría su adopción en los próximos años sin necesidad de rediseñar las fábricas desde cero.

El producto en sí: pequeño, rápido y estable

El transistor que ha desarrollado el equipo japonés es un modelo de tipo MOSFET (transistor de efecto de campo), de canal n. Su principal innovación está en que el canal, hecho de óxido cristalino dopado con galio, está completamente rodeado por la compuerta, lo que permite un control muy preciso de la corriente.

Durante las pruebas, este transistor demostró ser capaz de encenderse y apagarse de forma muy rápida, con una diferencia clara entre el estado «encendido» (con paso de corriente) y «apagado» (sin paso). Este comportamiento es clave para reducir el consumo energético en reposo y evitar errores en el procesamiento de datos.

Además, mostró una corriente de fuga muy baja, lo que significa que casi no pierde electricidad cuando no está trabajando. Este aspecto es esencial para dispositivos móviles y wearables, donde la duración de la batería es un factor decisivo.

Retos pendientes antes de su adopción masiva

A pesar del entusiasmo, todavía hay cosas que resolver. Por ejemplo, fabricar millones de estos transistores a gran escala y con resultados consistentes no es sencillo. También habrá que ver cómo se comportan después de meses o años de uso real, con cambios de temperatura, vibraciones o radiación ambiental.

Otro reto será adaptarlos a las herramientas de diseño actuales, ya que los ingenieros electrónicos están acostumbrados a trabajar con silicio. Habrá que actualizar tanto el software de diseño como los métodos de prueba para poder sacarles el máximo partido.

Pero incluso con estos obstáculos, el nuevo transistor de óxido cristalino representa una opción muy seria para seguir mejorando la electrónica sin depender tanto del silicio. Quizá no lo veamos mañana en un móvil, pero sí podría ser una pieza clave en los chips que vengan en los próximos 5 o 10 años.