"Un avance en el nitruro de galio promete abaratar las pantallas LED y transformar tu smartphone en una antena, sin límites para la imaginación"
"Dualtronics" posibilita diversos usos en ambas caras de un wafer de GaN.
Investigadores de la Universidad de Cornell, en colaboración con la Academia Polaca de Ciencias, han logrado un avance significativo en la tecnología de semiconductores al desarrollar un innovador chip de doble cara, conocido como "chip dualtronic". Este dispositivo integra tanto elementos fotónicos como electrónicos en un único wafer de Nitruro de Galio (GaN). Esta innovación promete reducir el tamaño de los dispositivos, mejorar la eficiencia energética y disminuir los costos de fabricación.
La estructura cristalina particular del wafer de GaN es fundamental para su funcionalidad dual. Cada lado del wafer presenta propiedades diferentes, similar a la manera en que los polos de un imán son distintos. El equipo utilizó el lado metal-polar (Ga-polar) para crear diodos emisores de luz (LEDs), mientras que el lado nitrogen-polar (N-polar) se usó para construir transistores de movilidad electrónica alta (HEMTs). De esta forma, lograron configurar el HEMT en un lado para alimentar el LED en el otro, un hito que no se había conseguido previamente en ningún material semiconductor.
Bajo el liderazgo de los profesores de Cornell, Debdeep Jena y Huili Grace Xing, junto con los coautores principales Len van Deurzen y Eungkyun Kim, la investigación ha sido publicada en la revista Nature. Len van Deurzen subrayó que, hasta donde se sabe, nadie ha creado dispositivos activos en ambas caras, ni siquiera en el caso del silicio, resaltando que este logro fue posible gracias a las propiedades dependientes de la polaridad del GaN. A diferencia de los wafers de silicio, que son cúbicos y presentan lados casi idénticos, este diseño es posible debido a la peculiaridad del GaN.
Según los investigadores, este enfoque dualtronic podría tener aplicaciones inmediatas en la fabricación de pantallas microLED, haciéndolas más asequibles y eficientes en términos de energía. Al integrar funciones fotónicas y electrónicas en un solo chip, se reduciría el número de componentes necesarios, lo que conllevaría a menores costos de producción y a un tamaño más compacto de los dispositivos. Este avance podría transformar significativamente la fabricación de pantallas, haciendo que los displays LED sean más económicos y compactos.
El potencial de esta tecnología se extiende aún más. La capacidad de usar el mismo wafer para distintas funciones podría permitir que las pantallas de smartphones se reconfiguren como antenas, facilitando las comunicaciones inalámbricas a través de la propia pantalla. Las propiedades de polarización del GaN y la multifuncionalidad del chip dualtronic podrían revolucionar no solo los displays, sino también los dispositivos de radiofrecuencia, láseres y tecnologías futuras 5G/6G.
Debdeep Jena hizo una analogía con el iPhone, explicando que, aunque es un teléfono, también funciona como calculadora, mapa e internet, lo que ilustra el aspecto de convergencia de esta tecnología. El primer uso del "dualtronic" en este estudio representa una convergencia de dos o tres funcionalidades, aunque realmente tiene un potencial más amplio.
Este avance podría cambiar drásticamente cómo se diseñan y utilizan los dispositivos semiconductores. Al eliminar la necesidad de chips separados para diferentes funciones, los chips dualtronic prometen optimizar tanto el rendimiento como la utilización de recursos en una variedad de tecnologías. Los investigadores destacan que este desarrollo representa un paso significativo, y las posibles aplicaciones están "limitadas solo por la imaginación".