Los microchips son la columna vertebral de los dispositivos electrónicos modernos. Desde teléfonos inteligentes hasta sistemas de navegación en aviones, su diseño define la velocidad, eficiencia y costo de cada dispositivo. Un equipo de científicos de la Universidad Johns Hopkins ha logrado un avance en la química de fabricación de microchips que promete impulsar la próxima generación de dispositivos más rápidos, compactos y asequibles.
La investigación, publicada en Nature Chemical Engineering, describe cómo se ha logrado un método innovador que combina metales con química fotosensible para crear circuitos casi invisibles al ojo humano. Este avance no solo mejora la precisión de la fabricación, sino que también reduce significativamente los costos y tiempos de producción.
Los límites actuales en la fabricación de chips
En la fabricación tradicional de microchips se utiliza un proceso que recuerda a la fotografía analógica. Las obleas de silicio se recubren con un material sensible a la radiación llamado resist. Un haz de radiación actúa sobre este material provocando reacciones químicas que graban los patrones y circuitos. Sin embargo, la tendencia hacia dispositivos más pequeños exige detalles nanométricos, algo que las tecnologías convencionales no logran de forma eficiente.
El problema radica en que las radiaciones más potentes necesarias para lograr esas escalas microscópicas no interactúan con la suficiente intensidad con los resist tradicionales. Esto limita el nivel de miniaturización alcanzable y encarece la producción.
La clave: nuevos materiales y técnicas
El equipo de Michael Tsapatsis, profesor distinguido de ingeniería química y biomolecular en Johns Hopkins, junto al Fairbrother Research Group, ha identificado resists metal-orgánicos como la solución para trabajar con una radiación denominada “beyond extreme ultraviolet” (B-EUV). Esta tecnología permite grabar detalles por debajo de los 10 nanómetros, superando el estándar actual de la industria.
Metales como el zinc absorben la luz B-EUV y generan electrones que inician transformaciones químicas en un material orgánico llamado imidazol, creando los patrones del circuito con una precisión sin precedentes. Por primera vez, los investigadores han conseguido depositar estos resists a escala de oblea de silicio controlando su grosor a nivel nanométrico.
El papel de la deposición química líquida
Para lograr este avance, el equipo desarrolló una metodología llamada deposición química líquida (CLD). Esta técnica permite aplicar de manera uniforme las capas de materiales metal-orgánicos, ajustando la combinación de metales e imidazoles según las necesidades del diseño.
Al igual que un chef experimenta con diferentes ingredientes para obtener nuevos sabores, los científicos pueden “jugar” con decenas de metales y cientos de compuestos orgánicos para optimizar la absorción de luz y las reacciones químicas posteriores. Esto abre la puerta a una amplia gama de combinaciones que podrían adaptarse a distintas longitudes de onda y requerimientos de producción.
Una colaboración internacional
Este avance no habría sido posible sin la colaboración entre varias instituciones. Además de Johns Hopkins, participaron la East China University of Science and Technology, la École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Soochow University, el Brookhaven National Laboratory y el Lawrence Berkeley National Laboratory. Cada uno aportó modelos, experimentos y análisis para perfeccionar la técnica y entender su potencial a escala industrial.
Impacto en la próxima década
El potencial de esta tecnología es enorme. Los investigadores ya están probando distintas combinaciones metal-orgánicas específicamente pensadas para la radiación B-EUV, que se prevé será estándar en la fabricación de microchips dentro de 10 años. La posibilidad de personalizar materiales para diferentes longitudes de onda significa que metales que hoy son ineficaces podrían convertirse en la clave para nuevos procesos de fabricación.
Esto puede traducirse en dispositivos electrónicos más rápidos, con menor consumo energético y costos reducidos. Desde la perspectiva del consumidor, podría significar smartphones con mayor capacidad de procesamiento, electrodomésticos más inteligentes y aviones con sistemas de control más seguros y eficientes.
Más allá de Moore
Durante décadas, la industria de los semiconductores ha seguido la “Ley de Moore”, que describe cómo el número de transistores en un chip se duplica aproximadamente cada dos años. Sin embargo, alcanzar esa progresión se ha vuelto cada vez más difícil. La investigación de Johns Hopkins podría ofrecer una vía para prolongar esta tendencia, permitiendo la creación de microchips con densidades y prestaciones inéditas.
En términos prácticos, este tipo de avances actúan como una autopista más ancha para el tráfico de datos, permitiendo que más información fluya con mayor velocidad y menor resistencia. Para sectores como la inteligencia artificial, la computación cuántica o el internet de las cosas, disponer de microchips con estas capacidades será decisivo.
