23/11/2012 - Dieléctricos de alta permitividad para los ordenadores del futuro

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El Grupo de Láminas Delgadas y Microelectrónica de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) está desarrollando nuevos materiales, llamados ‘dieléctricos de alta permitividad’ (high-k dielectrics), para los futuros ordenadores. Como su diseño y fabricación conviene efectuarlo con el menor coste ambiental posible, el grupo ha desarrollado un método de fabricación pionero en el mundo  mucho menos contaminante que otras técnicas.

Esta ruta de fabricación de dispositivos, denominada “pulverización por plasma a alta presión”, ha sido protegida mediante una patente y está permitiendo obtener nuevas familias de estos productos. Los nuevos materiales tienen el objetivo de sustituir a los materiales convencionales basados en el silicio que han sido utilizados desde los comienzos de la fabricación del transistor.

El grupo investiga esta nueva clase de materiales con elementos de la naturaleza que tan exóticos como el gadolinio o el escandio. De hecho, una de las claves que está permitiendo obtener resultados muy esperanzadores es la utilización de una combinación de estos dos elementos formando óxidos.

Además, uno de los últimos resultados más “impactantes” –según sus promotores– que ha obtenido el equipo se ha conseguido al sustituir el material convencional de silicio -que lleva utilizándose desde hace más de 50 años- por materiales como el fosfuro de indio (InP).

Recientemente se ha presentado a través de la OTRI de la UCM una solicitud de patente española para proteger los resultados generados por los investigadores implicados donde se proponen nuevas estrategias para fabricar transistores con dieléctricos de alta permitividad.

La fabricación de estos nuevos materiales de alta permitividad (constante física que describe cómo un campo eléctrico se relaciona con un medio) se realiza en una sala limpia en las más estrictas condiciones de control de humedad, temperatura, iluminación y número de partículas de polvo. El número de partículas en esta sala es de más de 100 veces menor que en el quirófano de un hospital.

Líneas de investigación prioritarias

Los dieléctricos de alta permitividad (high-k dielectrics) tienen un futuro inmediato y constituyen la tecnología que llevarán los próximos ordenadores, tabletas electrónicas o móviles que nos compremos mañana. Estos materiales forman parte de las líneas de investigación prioritarias tanto de la industria (como la compañía Intel) como de los principales centros de investigación en microelectrónica del mundo (como imec en Lovaina (Bélgica) o Leti en Grenoble (Francia). De hecho, algunos de estos materiales, como el óxido de hafnio, ya están integrados en la línea de producción de los procesadores que podemos llevarnos a casa.

El cofundador de Intel, Gordon Moore, estableció en los inicios de la industria del microprocesador, los años 50, la llamada Ley de Moore. Esta ley establece que el número de transistores, la unidad básica del ordenador, en un chip se duplica cada dos años.

Para los investigadores, esto se ha traducido durante años en transistores cada vez más pequeños (actualmente el tamaño que limita la tecnología del transistor es de 22 nanómetros). La ciudadanía, por su parte, también ha podido seguir indirectamente la evolución de esta ley a través de las generaciones de ordenadores, cada vez más veloces y eficientes, que salían al mercado: 286, 386, 486, Pentium I, II, III, IV, Dual core, Titanium,….

A día de hoy, la ley de Moore está llegando al límite de lo más pequeño. En este límite, el espesor de las capas que definen la tecnología del transistor es de unos pocos átomos y empiezan a aparecer fenómenos no deseados, tales como fugas de corrientes en el transistor que consumen energía y calientan excesivamente el dispositivo.

A la espera de que se desarrollen tecnologías que aún no están suficientemente maduras como para llevarse a la industria (como la electrónica molecular, los transistores ópticos o la computación cuántica), se siguen desarrollando alternativas tecnológicas que, implementadas en la tecnología actual, permitan seguir aumentando la velocidad de procesamiento y disminuyendo el consumo de energía de nuestros ordenadores en un futuro inmediato.

Referencia bibliografíca:

Feijoo P.C., del Prado Á., Toledano-Luque M., San Andrés E. , Lucía M.L., Journal of Applied Physics 107: 084505, 2010.

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