Semiconductores CMOS elásticos pero del todo funcionales

Unos científicos han logrado un hito significativo en la electrónica: la creación de lo que denominan "CMOS elástico", que ofrece la misma funcionalidad que los circuitos CMOS (por las siglas en inglés de “metal–oxide–semiconductor”) convencionales, pero está fabricado con materiales completamente diferentes.

El logro es obra de un equipo integrado, entre otros, por Cunjiang Yu, de la Escuela Grainger de Ingeniería en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, y Yongcao Zhang, de la Universidad de Houston en Texas, ambas instituciones en Estados Unidos.

La gran ventaja del CMOS elástico es que proporciona la misma funcionalidad  que el CMOS convencional pero además soporta estiramientos y otras deformaciones.

La tecnología CMOS es la base de casi toda la electrónica moderna. Se basa en metales y óxidos cuya rigidez hace que se agrieten fácilmente al doblarse o estirarse, lo que provoca fallos en el aparato. Durante años, con el objetivo de desarrollar dispositivos de nueva generación que puedan flexionarse como el tejido biológico, la comunidad científica ha buscado materiales electrónicos elásticos que mantengan su rendimiento aunque estén flexionados o deformados de otras maneras.

La mayoría de los esfuerzos hasta la fecha han combinado semiconductores convencionales, como el silicio, con sustratos estirables como los polímeros. Si bien estos sistemas híbridos pueden soportar cierta deformación, carecen de verdadera elasticidad a nivel de material y, por lo tanto, no son adecuados para una integración íntima con tejidos biológicos blandos o con superficies dinámicamente deformables.

Esta limitación ha impulsado un creciente interés en una nueva frontera: la electrónica totalmente elástica, en la que cada componente funcional está hecho de materiales elásticos como la goma, que son intrínsecamente estirables.

Para la electrónica totalmente elástica no se utiliza ningún metal, óxido ni semiconductores convencionales. Un transistor sigue siendo un transistor, pero ya no depende de materiales los típicos de la tecnología CMOS. Sin embargo, hasta ahora, los esfuerzos para lograr la arquitectura CMOS completa, con transistores flexibles de tipo p y tipo n (es decir, portadores de carga positiva y portadores de carga negativa) han obtenido resultados muy limitados.

Con el nuevo avance, la situación comienza a cambiar de manera radical. Yu, Zhang y sus colegas han logrado circuitos integrados complementarios totalmente estirables compuestos por transistores elásticos de tipo p y tipo n. Estos dispositivos mantienen un rendimiento eléctrico estable incluso con un estiramiento de hasta el 50%. Además, las puertas lógicas digitales fabricadas con estos componentes también mantienen una buena eficiencia sometidas a grandes tensiones mecánicas.

Para demostrar la validez del concepto, los investigadores desarrollaron una "piel sensorial": una capa electrónica delgada y elástica que puede adherirse íntimamente a la piel humana. Esta innovación abre un camino hacia nuevas aplicaciones médicas y de monitorización de la salud, que hasta ahora resultaban inviables por requerir dispositivos capaces de adaptarse a tejidos blandos y con partes móviles.

Demostración de cómo la piel sensorial gomosa a base de electrónica elástica puede adherirse al brazo de una persona. (Foto: The Grainger College of Engineering at the University of Illinois Urbana-Champaign)

El equipo expone los detalles técnicos de sus semiconductores CMOS elásticos en la revista académica Science Advances, bajo el título “Stretchable complementary integrated electronics based on elastic dual-type transistors”. (Fuente: NCYT de Amazings)