50 NUEVOS MATERIALES Al contrario que el grafeno tiene banda prohibida, de 0,9 eV, y permite construir una nueva generación de transistores Un material muy estudiado desde 1960 ha sido el fós- foro negro, que se puede exfoliar, con estructura hexa- gonal de capas, igual que el grafeno, unidas con enlaces químicos blandos, de 3 valencias, con fuerzas Van der Waals; el grafeno tiene 4. A partir del fósforo rojo usan- do presiones y temperaturas muy elevadas se logra el fósforo negro (1914). La célula hexagonal del fosforeno tiene unas dimensiones en Angstroms de: 3,36 Ao, 4,53 Ao y 11,17 Ao. En 2013 lograron aislar monocapas, algo arrugadas, con un espesor de sólo 2 o 8 átomos de fósforo usando la cinta adhesiva. Es el mismo método usado para el gra- feno en 2004. Las capas de fosforeno están separadas por un vacío de unos 15Ao. La lámina de fosforeno con espesor de un solo átomo todavía no se ha logrado. Con su banda prohibida, podemos conmutar los estados de conducción y de aislamiento. La superficie de la oblea de fosforeno es suficientemente plana, para lograr un flujo rápido de electrones, esa alta movilidad tan apre- ciada. El substrato es Si/Si02. Hay un semiconductor, el bisulfuro de molibdeno, con banda prohibida, que se puede exfoliar formando capas delgadas, pero el fosforeno le aventaja, porque está for- mado por un solo elemento, en teoría más fácil de crear y manipular, es del tipo p (huecos), es flexible. El transistor de fosforeno La finalidad es superar la electrónica basada en el silicio, la actual y, por supuesto, la del grafeno. Ya hemos logra- do transistores de efecto de campo con fosforeno. El canal tiene una longitud de 1 micra, y una corriente de 194 mA/mm. En el transistor el campo eléctrico controla la conductividad de un canal, fosforeno. El transistor de efecto de campo es una resistencia controlada por dife- rencia de potencial, con 3 componentes: surtidor, dre- nador y puerta. Una oblea de fosforeno es el canal o región activa. El transistor de efecto de campo se comporta como un in- terruptor controlado por tensión, donde el voltaje aplica- do a la puerta permite que fluya, o no, corriente entre el drenador y puerta. La película de fosforeno tiene un es- pesor de 4-6 nm, que equivalen a 8-12 capas de átomos. En el transistor el voltaje de puerta oscila entre -30 y +30 V. En el fosforeno al disminuir el voltaje de puerta aumenta la movilidad de los electrones, una caracterís- tica del transistor tipo p. En el fosforeno hemos obteni- do una corriente máxima de 194 mA/mm con un voltaje de puerta de -30 V. Si seguimos disminuyendo la tem- peratura hasta 10 oK logramos aumentar en 5 veces el número de portadores. En la banda prohibida la relación corriente sí/no es de 10.000, excelente. Así como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo con fosforeno, son tam- bién de dos tipos: canal n y canal p. El fosforeno es de canal p, es decir, la aplicación de una señal positiva en la puerta pone al transistor en estado de conducción. Los transistores de efecto de campo MOS (Metal Oxide Semiconductor) son muy usados en electrónica digital, y son el componente fundamental de los circuitos inte- grados, o chips. Un problema de estas monocapas es su inestabilidad, porque la monocapa reacciona con el oxígeno del aire; el fosforeno parece más estable que sus competidores siliceno y germaneno, pero producirlo no es fácil: extraer monocapas y depositarlas sobre un substrato. No obs- tante un elemento bidimensional con banda prohibida en electrónica vale mucho, tal vez más que el silicio. Lo- grar el fósforo negro supone someter al fósforo natural a presiones enormes. El gráfico adjunto es un dibujo de Peide Ye, investigador del fosforeno. 3 finas láminas unidas por fuerzas Van der Waals. I tecnología