¿Se acerca el fin de la era del silicio?

Un material compuesto por el elemento químico indio y el arseniuro de galio se potencia como sustituto del silicio en la fabricación de los transistores ultradiminutos que compondrán los procesadores superpotentes que saldrán al mercado en un futuro.

Estos chips serán el cerebro de teléfonos inteligentes cada vez más pequeños, delgados, con una alta capacidad de procesamiento y menor consumo de energía, y de los dispositivos, como aparatos del hogar, que harán la vida de la gente más fácil.

La luz para la industria parece surgir en el Laboratorio de Tecnología de Microsistemas del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos.

Allí un equipo de ingenieros fabricaron con éxito un transistor de 22 nanómetros (equivalente a 1.000 milésimas de metro) de longitud, usando indio arseniuro de galio.

Jesús del Alamo, profesor de Ingeniería Eléctrica que lidera el equipo de investigadores, comentó a EF que este es el transistor más pequeño que se ha construido con este material que funciona, hasta la fecha.

“Ya demostramos que se puede llegar a hacer transistores del orden de 30 nanómetros con buenos resultados y prestaciones excelentes. Ahora también probamos que podemos fabricar un transistor de 22 nanómetros que funciona, no tan bien (como el de 30 nanómetros), pero esto no se había hecho antes”, explicó el investigador.

El proyecto del equipo de MIT tiene tres años de desarollo y fue dado a conocer a la comunidad científica en el International Electron Devices Meeting , en la ciudad de San Francisco (EE. UU.) en diciembre pasado.

El estudio es financiado por Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa del Departamento de Defensa de los Estados Unidos y la Corporación de Investigación de Semiconductores.

“Estamos claramente empujando hacia el futuro, al mostrar cuáles son las estrategias para conseguir transitores cada vez más pequeños con nuevos materiales y que funcionan muy bien”, destacó Del Álamo.

Electrones súper rápidos

La necesidad de nuevos materiales que sustituyan al silicio en la fabricación de las partes activas de los transitores surge ante un reto que se impuso la industria: duplicar el número de transistores por pulgada en los circuitos integrados cada 18 meses.

Jesús del Álamo comentó que la tecnología de 14 nanómetros, que la gigante tecnológica Intel se prepara para lanzar este año, se fabricará con silicio. Empero, el desafío para los fabricantes de microprocesadores serán los chips que se deberán construir con tecnología de 10 nanómetros en unos dos años.

“Se especula que se necesitararán transitores con nuevos materiales, como el indio arseniuro de galio para ese momento”, explicó el científico.

La razón es que cuando los transistores de silicio se reducen a escala nanométrica, la cantidad de corriente que puede ser producida por los dispositivos también se contrae, lo que limita su velocidad de funcionamiento.

Esto genera temores de que la ley de Moore podría estar a punto de llegar a su fin por limitaciones de la física, destacó del Álamo.

En este sentido, Randolph Steinvorth, profesor de la Universidad de Costa Rica, explicó que la cantidad de corriente que puede manejar el transistor y la velocidad con que puede hacerlo son dos de las ventajas de este nuevo material respecto del silicio.

La razón es que la física del transporte del indio arseniuro de galio es superior al silicio porque los electrones en este material se muevan más rápido, lo cual permite tener mucha corriente con poco voltaje.

Según adelantó Del Álamo, un transistor fabricado con este nuevo matería de 0,5 voltios de voltaje manejaría un 50% más de corriente eléctrica que un transitor de silicio del mismo voltaje.

Otra de las ventajas del indio arseniuro de galio es que no es un material nuevo para la industria tecnológica, ya que se emplea hoy en aplicaciones en fibra óptica y comunicaciones.

Por ejemplo, este material es parte de los transistores de muy alta frecuencia que usan los smarthphones para comunicarse con las radiobases de las redes celulares.

Búsqueda intensa

Del Álamo comentó que el nivel de desarrollo (de sustitutos del silicio) es muy activo en el nivel de las universidades, pero también las compañías están lanzando esfuerzos de investigación serios en esta área como Intel (que maneja con discreción sus estudios).

En este sentido, Alfonso Chacón, doctor en ingeniería electrónica del Instituto Tecnológico de Costa Rica, explicó que el arseniuro de galio se menciona como un posible sustituto desde hace casi 15 años, y que la aleación de este con indio es una de muchas opciones que se han venido estudiando.

Otra de las opciones son el grafeno y los nanotubos de carbono. Esta última es una alternativa que explora la compañía estadounidense IBM de manera intensa.

Empero, los nanotubos de carbono implican retos adicionales, como explicó Steinvorth, quien se desempeñó como gerente de educación de Intel

“El proceso de fabricación masiva de transistores, para el caso de nanotubos de carbono o el grafeno (otro material que se estudia) representa un reto mucho mayor ya que requiere de técnicas totalmente novedosas que no domina la industria de manufactura basada en silicio”, dijo.

Por su parte, Jesús del Álamo explicó que el equipo de investigadores se enfocará en mejorar aspectos de esta tecnología en un mediano plazo.

Entre ellos, hacer amigable al indio arseniuro de galio con el silicio, ya que se mantendrá como el sustrato del chip.

Otra de las tarea es perfeccionar el funcionamiento del transitor de 22 nanómetros, para continuar reduciendo su tamaño.

Posibles sustitutos

1. Indio arseniuro de galio: Es una aleación que crea un material cuyos electrones se muevan superrápido, lo cual permite tener mucha corriente con poco voltaje. Esta es su mayor ventaja frente la silicio.

2. Nanotubos de carbono: Tienen cualidades de superconductividad. Por ejemplo, IBM creó un chip con una densidad de 1.000 millones de transistores por centímetro cuadrado y con un desempeño cercano a cinco veces la velocidad actual de los transistores de silicio.

La ley de Moore

En 1965, Gordon Moore, cofundador de Intel, afirmó a la revista Electronics que el número de transistores por pulgada en los circuitos integrados se duplicaba cada año y que esa tendencia se mantendría durante las dos décadas siguientes.

Carrera actual: Moore quería dejar claro que la informática tenía futuro. Hoy este enunciado impulsa a la industria a duplicar la capacidad de los microprocesadores cada 18 meses y a bajar los precios al mismo tiempo que las prestaciones suben.

Fuente Deloitte.