Los 'chips' se acercan a los límites de la física

Medio siglo después de que tres científicos de los laboratorios Bell crearan el primer transistor, unos dispositivos de un tamaño espectaculamente menor que aquéllos se amontonan por millones en los chips y actúan como cerebros electrónicos de juguetes, cámaras, relojes de pulsera, faxes, teléfonos celulares, radios, instrumentos musicales, automóviles, aviones, ordenadores, televisores, cohetes, satélites, sondas especiales... Ahora, científicos de todo el mundo están asaltando con ímpetu la última frontera de la electrónica.

Los investigadores están intentando crear transistores que funcionen mediante el movimiento de un único electrón, la partícula subatómica que constituye la unidad fundamental dé la electricidad. Las partes de estos transistores, los más minúsculos de todos, son aproximadamente cinco millones de veces más pequeñas que las del primer transistor rudimentario mostrado al público. En teoría, esto permitiría introducir nada menos que un billón de ellos en un chip del tamaño de una uña.

La hazaña de crear un transistor que funcione con un solo electrón se ha conseguido recientemente en un laboratorio. Sin embargo, convertir este fenómeno en productos comerciales es una tarea difícil, y se podría tarda décadas en lograrlo. No obstante, los expertos confían en que de un modo u otro los transistores seguirán haciéndose más pequeños en el futuro próximo.

"Las ecuaciones empiezan a no ser válidas cuando las cosas se vuelven realmente pequeñas", afirma William J. Brinkinan, director de investigación en materiales en los laboratorios Bell. "Pero siempre que nos hemos encontrado con un problema hemos podido hallar una forma de superarlo".

Revolución a medio camino

Brinkinan considera que, hasta ahora, la revolución del transistor está "a algo más de y medio camino" del punto en que la reducción de tamaño podría encontrarse con un final obligado, detenida por las leyes de la física. Por otra parte, el torbellino podría continuar a medida que los científicos, encuentran hábiles formas de evitar los límites naturales de determinados materiales.A pesar de las décadas de éxito, fulgurante, la carrera por lograr transistores más pequeños se está volviendo cada vez más difícil y costosa. Hasta cierto punto, el resultado dependerá de la astucia de los diseñadores de chips a la hora de encontrar formas de ir más allá de la interaccion de la luz y las reacciones fotográficas, que es el principal medio por el que se crean en la actualidad los laberintos minúsculos de transistores a partir de pequeñas obleas de silicio. y otros materiales semiconductores. En la actualidad se están desarrollando numerosas herramientas de fabricación nuevas, entre ellas algunas basadas en rayos X, los propios electrones y moldes ultrafinos.Lo más futurista de todo es el intento de tallar estructuras microscópicas en las que un único electrón realiza la función del transistor. El trabajo, aunque duro, tiene sus ventajas.

Por ejemplo, todos los electrones tienen una carga negativa y, por tanto, tienden a repelerse, un efecto conocido como repulsión de Culomb, que complica las cosas cuando las agrupaciones de electrones se hacen muy pequeñas. Sin embargo, un electrón solitario carece de vecinos, por lo que, no presenta este tipo de interacciones.

En el Watson Research Center, los científicos están fabricando estructuras de silicio de sólo 30 nanómetros en las que el movimiento de un único electrón que entra y sale de una minúscula zona de almacenamiento constituye el corazón de un circuito de memoria de transistor. Generalmente se considera que el almacenamiento de un único electrón es un primer paso en el camino hacia la tarea más difícil de dirigir un flujo continuo de electrones únicos en un circuito lógico.

Sandip Tiwari, investigador de IBM, dice que su grupo ha logrado almacenar entre uno y siete electrones, para crear un circuito de memoria, lo que supone una hazaña considerando que los dispositivos tradicionales emplean decenas de miles de electrones para la función de memoria.

Circuito de memoria

Tres científicos de la Universidad de Minnesota han desarrollado un circuito de memoria de transistor en el que un único electrón está almacenado en una cantidad minúscula de silicio que sólo tiene siete nanómetros de anchura. El doctor Chou, jefe de ese equipo, calcula que en el planeta hay unos 60 grupos intentando perfeccionar transistores de electrón único: aproximadamente 20 en Japón, 20 en Europa y 20 en EE UU."En el laboratorio se han inventado muchos dispositivos magníficos", dice Chou, "pero no pueden comercializarse por la falta de un método de fabricación apropiado". Su grupo, añade, está desarrollando una prensa que funciona como un molde para galletas y que podría, en teoría producir, billones de transistores infinitesimales.

Aunque existen grandes retos, los científicos afirman que es probable que las barreras para la, fabricación de estructuras pequeñas sigan cayendo, lo que permitirá que la revolución de la microelectrónica avance a un ritmo sostenido durante muchas décadas más.

"La innovación se está acelerando", dice Albert Yu, jefe de productos de microprocesador en Intel. "Soy muy optimista. No creo que las cosas se frenen mientras el mercado se mantenga".