Los circuitos integrados de silicio no tienen límites

En esta era mágica de los chips de silicio, la tecnología de procesamiento de los microchips se moderniza cada vez más rápido. Para cuando uno saca de su embalaje una flamante cámara digital, o un portátil nuevo, la tecnología empleada para fabricarlos ya está quedándose atrasada. Pero ya se vislumbra una solución a este problema. Los investigadores que trabajan en un proyecto llamado PICMOS, dotado con 2,5 millones de euros en fondos de la UE, han creado tecnologías nuevas con las que producir y combinar microláseres semiconductores con guías de ondas de silicio para permitir unas conexiones ópticas nuevas, potentes y eficientes.

Normalmente las distintas zonas de los circuitos integrados están conectadas con hilos de cobre diminutos, pero su uso resulta limitado, ya que pronto empezarán a restringir las velocidades de procesamiento de los microchips. Desde la aparición de la tecnología de los microchips no ha cesado el proceso de miniaturización de los mismos, de forma que el número de transistores que pueden acoplarse a un circuito integrado se duplica cada dos años.

Los microchips que se basan en obleas de silicio están acercándose a sus límites, dado que las propiedades físicas de los circuitos integrados de silicio próximos a la nanoescala empiezan a ser un obstáculo para su rendimiento. La velocidad de la transferencia de datos en los circuitos integrados está aminorando porque en la actualidad los datos se envían como electrones a través de unos hilos de cobre denominados interconexiones de cobre.

«Las interconexiones de hilo de cobre plantean limitaciones graves para el rendimiento de los circuitos integrados de silicio», declaró a ICT Results el Sr. Dries van Thourhout, del Grupo de Investigación Fotónica de la Universidad de Gante y del IMEC de Bélgica, un centro de investigación sobre micro y nanoelectrónica.

«Es difícil transmitir datos a través de estas interconexiones de un modo eficiente en cuanto a potencia y con la velocidad suficiente. Se trata de un problema de ancho de banda, y el cobre no aguantará la potencia de procesamiento que ofrecerán los microchips del día de mañana.»

Sería mucho más conveniente emplear conexiones ópticas en lugar de cobre, porque las ópticas emplean luz, y no electrones, para transmitir los datos. Además, ofrecen la capacidad de transmitir datos con mucha más eficiencia y con un consumo de potencia equivalente o menor. En lugar de pasar a través de hilos de cobre, los datos pasan por guías de ondas hechas de silicio, no de vidrio.

«Hay muchas investigaciones que demuestran que se pueden grabar guías de ondas en el silicio para el paso de fotones», según una cita del Dr. van Thourhout. «Lo cual es fenomenal, porque se utilizan los mismos materiales y las mismas tecnologías de fabricación que para crear los circuitos integrados. Pero hay un inconveniente importante: es extremadamente difícil conseguir que el silicio emita luz.»

Parte de la investigación del proyecto consistió en crear láseres de fosfato de indio grabados con un diámetro de tan sólo 7 µm, un tamaño suficientemente reducido para integrar varios miles en un chip de silicio de 2 cm x 2 cm. Podrían utilizarse de muchas formas, por ejemplo en sensores ópticos en miniatura como los detectores de tensión, o para construir biosensores ópticos potentes y de coste reducido.

Actualmente el coste de producir estos láseres es demasiado elevado para producirlos en grandes cantidades, pero los resultados de la investigación resultan alentadores. Está previsto que otro proyecto financiado con fondos comunitarios, WADIMOS, tome el relevo de la investigación realizada en PICMOS.