Este documento describe el nanotransistor y sus principios fundamentales. Explica que los nanotransistores se fabrican usando nanotubos de carbono como su componente clave debido a sus propiedades eléctricas únicas a escala nanométrica. Luego describe la estructura y funcionamiento de un nanotransistor de efecto de campo (FET), señalando que los nanotubos de carbono pueden transportar electrones entre el drenaje y la fuente. Finalmente, explica que los nanotubos de carbono pueden comportarse como metales o sem

1. CIDE: El Nanotransistor una aplicación descriptiva.
1
EL NANOTRANSISTOR: UNA APLICACIÓN DESCRIPTIVA
Ancizar Paredes Ardila
e-mail: Ancizar.paredes967.doc@cide.edu.co
solin83@hotmail.com
Ing. Electrónico.
RESUMEN: Uno de los muchos conceptos
contemporáneos, es la Nanotecnología, en ella se
encierra una serie de avances tecnológicos, en éste
caso se expone uno específico: El Nanotransistor, a
través de una aplicación descriptiva. A partir del
concepto del transistor, se asocia a los principios
básicos de la Nanociencia, de una manera descriptiva,
sin entrar en la formalidad científica de las
demostraciones entorno a tales principios. En el
esquema epistemológico de la electrónica, el transistor,
es el componente básico por excelencia a implementar
en las aplicaciones más complejas, de allí su gran
importancia y pertinencia, al desarrollar dispositivos
electrónicos, de mayor complejidad y aplicabilidad.
ABSTRACT: One of several contemporary
concepts, nanotechnology is, she locks herself in a
series of technological advancements in this specific
case exposes one: The nanotransistor, through a
descriptive application. As transistor concept, is
associated with the basic principles of Nanoscience, in a
descriptive way, without going into the formal scientific
demonstrations around these principles. In the
epistemological scheme of electronics, the transistor is
the building block for excellence in implementing
complex applications, hence the great importance and
relevance, to develop electronic devices of greater
complexity and applicability.
PALABRAS CLAVE: Nanociencia, Nanotransistor,
Se sugiere no más de cuatro palabras o frases cortas en
orden alfabético, separadas por comas, que representen
su reporte.
1 INTRODUCCIÓN
Uno de los avances tecnológicos que han
impactado el desarrollo de la ciencia y la tecnología es el
de la Nanociencia, en ella se incluye una serie de
disciplinas científicas, tantas como las que se conocen
en la actualidad, a éste grupo de disciplinas pertenece la
Nanoelectrónica.
En la electrónica, uno de los pilares fundamentales
de su teoría es el semiconductor, el cual por sus
características eléctricas permite que se desarrollen
dispositivos electrónicos como el transistor, el diodo, el
Triac, entre otros tantos.
El transistor, motivo de estudio en cualquier
programa afín a la electrónica, permite la comprensión e
inferencia, del funcionamiento de otros dispositivos más
complejos tales como: Las memorias, los procesadores,
las compuertas, en fin, cualquier dispositivo integrado,
que se quiera estudiar.
Desde el punto de vista anterior, en éste artículo,
se pretende realizar un estudio, a partir de una
aplicación práctica, teniendo en cuenta que al realizar
esta aproximación se observará a través de la ventana,
el universo que existe en lo infinitamente pequeño,
desde la electrónica.
2 PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE
LA NANOELECTRONICA
APROXIMACIÓN AL NANOMUNDO
Para empezar, debemos aproximarnos al universo
“nanopequeño”, tal vez se ha escuchado mencionar
sobre el nano, y lo asociamos al concepto de “enano”,
no estamos tan lejos, los griegos usaban la palabra
nano, para referirse a lo “enano”, pero ¿qué es lo
“enano”?; ya que existen, afortunadamente, un patrón de
medida que permite imaginar las dimensiones de las
cosas, se parte de ese principio, para explicarlo.
Si se quisiera medir el ancho de ésta página,
posiblemente se tomaría una regla graduada, u otro
instrumento de medida, que permita determinar tal
distancia, pero si se quisiera medir el grosor de un
cabello, no se usaría el mismo instrumento, se debería
emplear algo más sofisticado, un microscopio, con un
elemento que permitiera medir tal distancia, tal vez una
regla microscópica, para graduarla imagínese la
siguiente situación: Tome un metro y lo divide en 10
partes iguales, cada parte se llama: Decímetro, si lo
divide en 100, cada parte se llama centímetro, pero si
divide ese mismo metro en 1.000.000.000 de partes (Mil
millones), a esa pequeña distancia, se le denomina,
nanómetro, es decir una milmillonésima parte del metro.
La Nanociencia, estudia el comportamiento y la
estructura de la materia a esa escala: de 1 a 100nm. [1].
La Nanotecnología realiza aplicaciones de la
Nanociencia en productos útiles, es decir aplica el
estudio de Nanoestructuras, a partir de la Nanociencia a
productos tecnológicos.

2. CIDE: El Nanotransistor una aplicación descriptiva.
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Figura 1. Aproximación al nanómetro [1]
Para hacerse una idea más próxima al concepto de
nanómetro, se presenta en la Figura 1, de arriba abajo:
Cabello humano (Diámetro: 75000nm), Glóbulos rojos
(Diámetro: 3000nm), Virus de la influenza (Diámetro:
200nm).
Ahora, si hablamos de la Nanotecnología, es
necesario mencionar que existen avances tecnológicos
en diferentes disciplinas a escala nanométrica, como en
la robótica, biología, genética, entre otros. En la
electrónica, se han fabricado nuevos materiales
semiconductores más eficientes, eficaces, de mayor
desempeño, desde el punto de vista, funcional y del
aprovechamiento de la energía.
Una de las Nanoestructuras aplicadas a la
electrónica es el nanotubo de carbono, el cual presenta
unas características de alta conductividad, bajo ciertas
condiciones y ante otras, gran desempeño como
semiconductor. [2]
Un nanotubo de carbono es una Nanoestructura,
fabricada, como su nombre lo indica a base de carbono,
y forma cilíndrica, cuyas propiedades físicas se dividen
en mecánicas y eléctricas.
Los Nanotubos de Carbono, son formas de
carbono que se denominan alotrópicas (diferentes
estructuras moleculares en el mismo estado físico), para
ello han de presentarse en el mismo estado físico, en
éste caso: diamante, grafeno y el grafito entre otras
formas de presentación.
Figura 2. Estructura nanotubo monocapa [3]
Los Nanotubos pueden ser monocapa (Fig. 2) y
multicapa, los primeros son tubos simples, en forma de
cilindro, los segundos pueden ser uno dentro de otro,
concéntricos o varios pequeños dentro de otro.
Nos concentraremos en las propiedades eléctricas,
aunque las químicas y mecánicas no dejen de ser
interesantes. Su comportamiento, es desconcertante,
desde el punto de vista cuántico, pues va desde un
semiconductor hasta un superconductor, dependiendo
su comportamiento, solo de su estructura geométrica,
capas, diámetro, entre otras.
Los nanotubos rectos, poseen características
duales entre conductores y semiconductores, la tercera
parte de dicha estructura se comporta como
semiconductor. Los superconductores, por otro lado
pueden llegar a conducir miles de millones de amperios
por centímetro cuadrado (A/cm
2
), mientras que el cobre
bajo estas condiciones, se funde.
3 EL NANOTRANSISTOR
Su importancia radica, en que a esta escala, los
semiconductores no funcionan de la misma manera, por
ello los nanotubos de carbono son el componente ideal
usado para la fabricación de nanotransistores, lo cual
llevará al diseño e implementación de
nanoprocesadores, llevándonos a una nueva era de la
computación: la computación cuántica.
Bajo la teoría cuántica, se deben aplicar muchos
conceptos físicos complejos; sin embargo, en éste caso,
se pueden usar los conceptos básicos, en el estudio de
los semiconductores, para explicar el funcionamiento de
un Nanotransistor.

3. CIDE: El Nanotransistor una aplicación descriptiva.
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Figura 4. Estructura de un Nanotransistor SET [4]
La estructura de un Nanotransistor con base en
Nanotubos de carbono, es semejante a la de un
transistor común, (Fig.4). A esta estructura se le conoce
también como SET, siglas de la frase en inglés: Single
Electron Transistor, o transistor de un electrón, también
se han construido estructuras como los FET (Field Effect
Transistors - Transistores de Efecto de Campo).
Dada la intencionalidad del artículo, no se describe
la forma como se fabrican los Nanotransistores, sin
embargo, se hará referencia a su estructura y
funcionamiento.
Figura 5. Estructura interna de un FET
Claramente, se evidencia, la estructura interna de
un FET, en la fig.5 se observan las características
geométricas de este dispositivo, así como sus
componentes, una capa de Titanio (Ti de 3nm), se
coloca sobre una capa de sustrato térmicamente
oxidado, de SiO2 (óxido de Silicio) sobre Si (Silicio
100nm), usando un STM como cátodo, se forman líneas
nanométricas de Titanio, la barrera de potencial entre
TiOx y Ti es de 285 meV. Aquí los NTC, se pueden
aplicar en el transporte de electrones entre Drain y
Source, mejorando el desempeño del dispositivo.
3.1 Nanotubos de Carbón - Fullereno.
El concepto de Nanotransistor, se asocia con el
transistor común, en este caso un FET (Field-Effect
Transistor- Transistor de Efecto de campo), se
evidencia, no en el uso de los componentes que lo
conforman, pues como se observa se usa SiO2, como
sustrato, sino en la estructura que se da en la
construcción de los nanotubos de carbono, estos se
crean a partir de un Microscopio de Fuerza Atómica
(AFM- Atomic Force Microscope), que mediante técnicas
litográficas, organiza la estructura uno a uno de los
átomos de carbono, creando una Nanoestructura, sobre
el sustrato.
Figura 6. Forma de un Fullereno [5]
Los nanotubos como se señaló anteriormente,
tienen un comportamiento dependiendo de la estructura,
en éste caso se expone su comportamiento como
metales y como semiconductores. Los nanotubos de
carbono están compuestos por grafeno, son estructuras
basadas en el fullereno (macromoléculas de carbono
individuales. Smalley-Kroto 1985), descubiertos en 1991,
llamados también Bukytubes. [6]
Figura 7. Estructuras Nanotubos: a, b y c SWNT - d
MWNT. [5]
Los nanotubos, pueden ser capa simple SWNT
(Simple Wall Nanotubes) o multicapa MWNT (Multi Wall
Nanotubes), como se muestra en la Figura 7.
Para explicar, como funcionan tales estructuras en
su doble naturaleza, se debe recordar el concepto de los
niveles de energía de Fermi, en las bandas de Valencia

4. CIDE: El Nanotransistor una aplicación descriptiva.
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y de Conducción de los átomos. En los metales, los
niveles de energía en la banda de conducción son
muchos. En los semiconductores, la banda de valencia
está separada por un espacio, de la banda de
conducción, lo que indica que el electrón para pasar de
la banda de valencia (HOMO – Highest Occupied
Molecular Orbital – Orbital Molecular más ocupado) a la
banda de conducción (LUMO - Unoccupied Molecular
Orbital- El orbital menos ocupado), necesita un mayor
nivel de energía.
3.1.1 Clasificación de los Nanotubos
Los nanotubos, se clasifican de acuerdo a la
propiedad, de su estructura, conocida como propiedad
química de quiralidad, que consiste en la capacidad de
no superponerse ante su imagen especular, es decir, al
reflejarse éstos no se pueden superponer, pues su
estructura sería diferente. Un ejemplo puede ser el de la
mano derecha e izquierda [7], si colocamos una junto a
la otra, son el reflejo una de la otra, pero son quirales
pues no se pueden superponer a su imagen especular,
los dedos no coinciden; mientras que una esfera o un
cubo son Aquirales, ya que al superponer el reflejo
coinciden sus formas.
En éste caso, se trataran aquellos nanotubos no
quirales o Achiral (Aquiral), es decir que se pueden
superponer a su imagen especular,
Figura 7. Principales estructuras de Nanotubos. [6]
Las principales formas son:
a. Armchair (Sillón)
b. Zig-Zag
Variando las dimensiones de m y n, se puede
obtener un semiconductor o un metal de la siguiente
manera:
a. El nanotubo es configurado como metal, si:
( )
b. El nanotubo es configurado como
semiconductor si: ( )
Donde i, es un número entero n y m son
dimensiones definidas en el nanotubo, como muestra la
Figura 7. [6]
A partir de dichas consideraciones geométricas, el
material construido, ya sea como conductor (metal) o
semiconductor, presenta una densidad de estados, la
cual consiste en la acumulación de estados o niveles de
energía en las bandas.
Figura 8.Distribución de los niveles de energía en
bandas [6]
Como se observa en la Figura 8, hay una
acumulación de bandas de energía, esto se debe a que
el numero de átomos ha crecido, de igual forma, los
estados de energía están tan cerca, que se mezclan,
hacen que las bandas de valencia y de conducción se
entrelacen, en una banda continua de estados
permitidos, a esta distribución se le denomina:
“Densidad de estados”. Las unidades de medida, de la
densidad de estados se determina por cm
3
Unidad de
volumen, mientras que los niveles de energía, se
determinan en eV (Electrón voltios).
Figura 9. Densidad de estados configuración metal
y semiconductor.
La densidad de estados, en la configuración
“sillón”, donde el Nanotubo de carbono, se comporta
como un conductor o metal, se observa, que la densidad
de estados (DOS Density Of States), se expresa en
función de la energía en eV, separados los “picos” entre
-1,25 a 1,25 eV, para el comportamiento de
semiconductor, hay dos máximos pero se estrecha un
poco la brecha entre éstos, aparecen 2 máximos más,
adicionales a los observados en el gráfico del NTC, en la
configuración como metal.
A partir de los resultados obtenidos en
investigaciones, se han planteado algunas herramientas
computacionales que permiten determinar el
comportamiento de los NTC, a partir de los parámetros
expuestos anteriormente, como se indica en la siguiente
sección.

5. CIDE: El Nanotransistor una aplicación descriptiva.
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4 APLICACION DE UN MODELO, PARA
EL PROCESO DE SIMULACION
En la página de internet, http://nanohub.org, de
donde se han extraído la gran mayoría de los aportes de
éste artículo, se encuentra una herramienta
computacional con los recursos necesarios para
determinar, a partir de las variaciones en cuanto a las
dimensiones m y n (quiralidad), que se observan en la
figura 7, así como el tipo de estructura, entre Nanotubo
de Carbón o Nanoribón de carbón, el simulador permite
establecer de ésta manera, cuál será su
comportamiento, según tal configuración.
En el link:
http://nanohub.org/resource_files/2006/12/01838/2053/c
ntbands-ext5.swf, se puede observar la forma como el
simulador funciona, paso a paso, éste aporte es, tal vez
el más importante de dicha página, que nos permite
diseñar una estructura semiconductora o conductora,
según las necesidades, de esta manera se pueden
diseñar otros dispositivos, como compuertas, memorias,
diodos, transistores, entre otros.
En éste articulo, se expone un ejercicio elaborado y
propuesto por el autor de dicho software, haciendo una
descripción funcional de éste, el software fue
desarrollado en diversos ambientes, Fortran, Matlab,
Octave, en éste articulo, se usará el desarrollado en
Matlab.
Figura 10. Interfaz Simulador CNTbands [8]
Se parte de la presentación de la interface, la cual
tiene el aspecto que se observa en la Figura 10, los
diferentes elementos, que la conforman son:
 Structure: Se pueden seleccionar dos estructuras:
Nanotubos de carbón (Carbon Nanotube) y
Nanocintas de Carbón (Carbon Nanoribbon).
 Simulation Method: En éste caso se usará Orbital
Pz, el cual se realiza cuando se selecciona los
Nanotubos de carbón.
 Chirality: La quiralidad, se puede controlar a partir
de las variables m y n, el lector puede ver la Figura
7. Para establecer el significado de dichos
parámetros, sin embargo, si se quiere variar, se
pueden usar los valores sugeridos en el cuadro de
texto que aparece en la Figura 10, con las parejas
ordenadas de quiralidad para nanotubos: (7,7)
estructura tipo sillón, comportamiento metálico o
conductor; (12,0) estructura tipo Zig-Zag, también
conductor; (13,0) también es una estructura tipo
Zig-Zag, pero por la distancia entre las bandas es
semiconductor. Ahora, para Nanoribbons o
Nanocintas la quiralidad que se propone es: (3,3)
estructura tipo Zig-Zag metalico; (4,0)
semiconductor tipo borde de sillón y (5,0) es de la
misma estructura pero su comportamiento es el de
un conductor.
 Model Parameters: en ella se encuentran dos
aspectos: Tight Binding Energy ( Energía de
enlace), se da en eV (electrón Voltios), es la
energía entre los enlaces de carbón, el segundo
aspecto es: Carbon-Carbon Spacing espacio entre
carbón y carbono, es la distancia entre cada uno de
los átomos de carbono, dicha distancia se da en
Angstroms, generalmente es de 1,42 Angstroms
 Length in 3D View: Longitud de la estructura en 3D
Una vez se digiten los parámetros se da clic en el
botón, Simulate, el cual permite ver los diferentes
resultados.
Figura 11. Diagramas E-k Vs Zona de Brouillon
Con dichos resultados, se puede determinar, a
partir de la estructura generada, el comportamiento del
material, ya sea como conductor, aislante o
semiconductor, obteniendo con una simple disposición
de la estructura, un comportamiento diferente.
Queda a motivación del lector, establecer las
diferentes configuraciones y explorar este universo del
conocimiento, el cuál es de fundamental importancia,
desde el punto de vista tecnológico y mucho más en lo
referente a la disciplina de la electrónica.
5 CONCLUSIONES
 Los nanotransistores, son dispositivos que se
puede construir con base en estructuras de
carbono, según la quilaridad y la disposición de
la Nanoestructura.
 Un nanotransistor es la estructura básica y
fundamental, para la construcción de otros
dispositivos de mayor complejidad, con
desempeños más eficientes y eficaces,
comparados con su homólogo semiconductor
de silicio.
 Existen muchas herramientas que permiten, a
partir de elementos sencillos y software de
simulación, generar nuevas estructuras, para
luego de ser simuladas, se construyan en un
laboratorio.

6. CIDE: El Nanotransistor una aplicación descriptiva.
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 Hay muchas personas alrededor del mundo
que han contribuido, sustancialmente en el
desarrollo de estos avances tecnológicos, sin
embargo, aún falta mucho por hacer. La
comunidad “Nanohub”, de donde se obtiene la
mayoría de información de éste texto, es un
ejemplo de sociedad científica a la que se invita
a participar, para el crecimiento de nuestra
comunidad académica.
 Se plantea la imperiosa necesidad, de genrar
un grupo de estudio, que desde la CIDE,
trabaje en este tema de investigación tan
interesante y pertinente, para el desarrollo
tecnológico de nuestro país, la cualificación de
nuestros estudiantes en temas tan afines a la
Tecnología.
6 Bibliografía
[1] N. TAKEUCHI, "Nanociencia y Nanotecnología," Bogotá,
2011.
[2] M. A. Kartner, 9 Septiembre 2000. [En línea]. Available:
http://mit.edu/physics/papers/kastner_885.pdf. [Último
acceso: 5 Noviembre 2011].
[3] T. RUEKES, «Sciencemag,» Sigma, Life Science, 7 Julio
2000. [En línea]. Available: http://www.sciencemag.org.
[Último acceso: 8 Noviembre 2011].
[4] E. FOMBAH. [En línea]. Available:
http://www.guo.ece.ufl.edu/project6.ppt. [Último acceso: 8
Noviembre 2011].
[5] A. MENENDEZ, «Oviedo Correo,» 2007. [En línea]. Available:
http://www.oviedocorreo.es/personales/carbon/nanotubos/nan
otubos.htm. [Último acceso: 19 Nov 2011].
[6] S. Susan, «Nanohub,» 26 Jul 2005. [En línea]. Available:
https://nanohub.org/resources/231/play. [Último acceso: 6
Nov 2011].
Ancizar Paredes Ardila
Docente de tiempo completo desde 2008 hasta la fecha,
en la CIDE; ha orientado las materias relacionadas con
la Ingeniería Electrónica, en los programas de
Tecnología en la institución. Docente Universitario en
Uniminuto y Teinco donde se ha desempeñado en áreas
afines a la disciplina de su titulación, fué Co-investigador
del grupo Neurociencia de la Universidad de Antioquía,
como pasante de Maestría.
Docente en los niveles de formación del ciclo 5 en
colegios del distrito. Bachiller Pedagógico, (Normal
Nacional para varones de Pamplona N de S) Ingeniero
Electrónico (Universidad Antonio Nariño) y candidato a
Máster en Tecnologías de la Información Aplicadas a la
Educación (MTIAE-Universidad Pedagógica Nacional de
Colombia).
Ha desarrollado proyectos de investigación en áreas
afines a la electrónica con aplicaciones en la industria y
en la academia.