El futuro del microchip está en el carbono

SAN FRANCISCO.- En la próxima década se espera que los circuitos que contienen los chips de computadora, con base de silicio, se fabriquen tan pequeños como sea físicamente posible, lo que ha provocado una búsqueda de materiales alternativos para tomar su lugar.

Algunos investigadores tienen grandes expectativas para los nanotubos de carbono y, el lunes, un grupo de investigadores de Stanford puso a prueba, con éxito, un simple circuito microelectrónico, integrado por 44 transistores que están fabricados enteramente con fibras filiformes.

El desarrollo, presentado como un trabajo escrito y también como una demostración práctica en una conferencia técnica que se llevó a cabo en San Francisco, es la prueba más sorprendente de que los nanotubos de carbono pueden llegar a ser el material del futuro una vez que los actuales chips de silicio alcancen sus límites físicos fundamentales.

IBM, que es uno de los mayores defensores de los nanotubos para aplicaciones microelectrónicas, ha dejado en claro su deseo de que la tecnología de los nanotubos de carbono esté lista dentro de una década, momento en el que se espera que los semiconductores se reduzcan a las dimensiones mínimas de sólo 5 nanómetros. Pero, hasta ahora, los investigadores de las universidades y los fabricantes de chips sólo han tenido éxito en la fabricación de dispositivos individuales, como transistores, construidos a partir de nanotubos de carbono.

El desarrollo de Stanford marcó la primera creación y demostración pública de un circuito completo en funcionamiento, lo que sugiere que el material puede efectivamente cumplir con su promesa.

El silicio, un elemento abundante y natural, que funciona como conductor y aislante, ya ha durado décadas más de lo que esperaban los ingenieros informáticos, debido a que se han perfeccionado generaciones de transistores cada vez más pequeños. Este elemento se utiliza en la industria del chip para computadoras con el propósito de grabar circuitos mucho más diminutos que la longitud de onda de la luz, y los ingenieros y los científicos creen que el material se reducirá aún más, al menos hasta el final de la década.

Pero, tarde o temprano, la reducción de los circuitos hechos de este material se detendrá, poniendo así fin a la era microelectrónica definida por la Ley de Moore (la observación que el cofundador de Intel, Gordon Moore, hizo en el año 1965, y que establece que la cantidad de transistores que podrán ser colocados en un chip de silicio se duplica en intervalos regulares).

El avance de Stanford parece prometedor para quienes creen que, una vez que la era del silicio llegue a su fin, el proceso de reducción o achicamiento continuará, y permitirá a los diseñadores aumentar todavía más la potencia y la capacidad de las computadoras en el futuro.

La demostración de Stanford se llevó a cabo durante una sesión de la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido, que se celebra en San Francisco todos los años. Un estudiante de postgrado, Max Shulaker, optó por una mano de madera, de tamaño humano, conectada a un simple sistema de motor y engranajes colocado sobre un soporte improvisado. En el escenario, accionó el interruptor y la mano se sacudió con fuerza.

Fue una demostración simple, pero el grupo de investigación dijo que su meta era construir un microprocesador completo a partir de nanotubos de carbono para confirmar el potencial del material.

Además de su pequeño tamaño, los nanotubos de carbono utilizan mucho menos energía y se encienden más rápidamente que los transistores de silicio de la actualidad.

"La conclusión es que se puede esperar un orden de magnitud en el ahorro de energía a nivel del sistema", dijo Subhasish Mitra, profesor asociado de ingeniería eléctrica en Stanford y director de Robust Systems Group. Esto ofrece una gran expectativa en el aumento efectivo de la duración de la batería en los dispositivos móviles de consumo en el futuro, expresó.

Asimismo, se están estudiando otros nuevos materiales y variaciones de transistores basados en el silicio con el fin de ver si se reducirán a tamaños más pequeños. Intel, por ejemplo, el año último comenzó a usar un transistor tridimensional llamado FinFET. Al girar el dispositivo sobre su lateral, el fabricante de chips pudo llenar la superficie de un chip con una mayor cantidad de transistores.

"No digo que no existan otras opciones", señaló H.-S. Philip Wong, un profesor de ingeniería eléctrica de Stanford. "Es sólo una cuestión de quién gana cuando se trata de reducir a dimensiones muy, muy pequeñas".

El desafío de los nanotubos de carbono en su estado tipo es que forman una gigante "bola de pelo" de moléculas entrelazadas. Sin embargo, al cultivarlas químicamente en una superficie de cuarzo, los investigadores pueden alinearlas estrechamente y en filas espaciadas en forma regular. A continuación, las transfieren a una oblea de silicio, donde utilizaron técnicas fotolitográficas convencionales para crear los circuitos.

El obstáculo tecnológico ha sido el desarrollo de circuitos fiables, incluso cuando un pequeño porcentaje de los cables está mal alineado. El grupo de Stanford declaró que había perfeccionado una técnica de circuito que hizo uso de la redundancia para evitar los cables imperfectamente formados.

El Dr. Mitra dijo que "El 99,5 por ciento se ve muy bien en una diapositiva de PowerPoint. Pero cuando se habla de una cantidad de 10 mil millones, el 0,5 por ciento de 10 mil millones es un número realmente grande, y eso lo arruina por completo".

Más allá de la microelectrónica, los nanotubos de carbono son prometedores en aplicaciones comerciales como las baterías recargables, los armazones de bicicleta, los cascos de barcos, las células solares y los filtros de agua, según un artículo publicado en la edición del 1 de febrero de la revista Science .