La microelectrónica es una innovación tecnológica de alto impacto en la vida moderna, y que hoy resulta imprescindible aun en sectores como el de la salud, de la información y comunicaciones, por ejemplo.
Para donde voltee hay circuitos integrados; su creación ha significado un cambio radical y absoluto, es un impacto tan grande como el de la máquina de vapor en la era industrial, así es el impacto de la microelectrónica; sitúa puntualmente el doctor Mariano Aceves, profesor emérito en el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) en entrevista con Saberes y Ciencias.
¿Cómo se desarrolló la microelectrónica?
Se puede decir que la invención del transistor en 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley es considerada como el gran invento del siglo XX, todo un cambio de paradigma. Esta invención propició el desarrollo de la electrónica, y 13 años más tarde se desarrolló el circuito integrado, es decir, el diseño y aplicación de circuitos electrónicos que funcionan por el flujo de electrones que generan, transmiten, reciben, procesan y almacenan datos.
La microelectrónica es el diseño, fabricación y aplicación de circuitos integrados complejos en dimensiones muy pequeñas, microscópicas y menores, en pequeños trozos de silicio; Los circuitos integrados están en todos los aparatos electrónicos como celulares, computadoras, radios, reproductores de audio y video, microondas, equipo médico, etcétera.
¿Desde cuándo en México hacemos microelectrónica?
En la década de los 70 el Cinvestav, el INAOE, la BUAP y el Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares intentaron hacer un laboratorio de microelectrónica, unos exitosos, otros menos. Desde aquella época en nuestro laboratorio se desarrolla la tecnología de fabricación en circuitos integrados con dimensiones de hasta 10 micras1; el gran reto de la microelectrónica sigue siendo reducir lo más posible el dispositivo y ponerlo con mayor cantidad de otros dispositivos dentro de un circuito integrado; pero hay que guardar la distancia entre lo que nosotros hemos hecho y lo que se ha hecho en el mundo. En el mundo se han logrado tecnologías de nanómetros2 y nosotros nos quedamos en 10 micras lo cual es un mundo de diferencia. Con la tecnología de nuestro laboratorio hemos organizado cursos de microelectrónica para estudiantes de licenciatura, que en una semana aprendían y diseñaban un circuito integrado microelectrónico. Después, nosotros nos encargamos de la fabricación en silicio, las pruebas y el encapsulado.
En América Latina no somos los únicos que han intentado desarrollar microtecnología, también Venezuela y Brasil.
¿Por qué en el laboratorio
no fabrican en dimensiones de nanómetros?
Nosotros no bajamos a los nanómetros porque las crisis económicas nos fueron pegando cada vez más; cuando instalamos nuestro laboratorio, en aquel tiempo —años 70— habrá costado algo así como 2 millones de pesos, después ampliamos el laboratorio a finales de esa década, ya entonces un implantador de iones era muy costoso, y nos quedamos básicamente con lo que teníamos. En cambio las grandes compañías invirtieron constantemente, al grado que una fábrica equipada para hacer circuitos integrados estaba en el orden de mil millones de dólares, en aquel entonces obviamente nos quedamos totalmente fuera, en México íbamos de crisis en crisis y allá de desarrollo en desarrollo. En el mundo quien domina son las corporaciones, la inversión en investigación de una sola compañía rebasa por mucho las inversiones que se hacen en varios de nuestros centros de investigación juntos.
En la actualidad hay tecnologías en nanómetros como los circuitos de una computadora que tienen millones y millones de dispositivos.
Actualmente hay varias formas de hacer microelectrónica, una de ellas es usar computadoras para diseñar circuitos y su fabricación se realiza con compañías que fabrican a costo “ económico” circuitos integrados de estudiantes y para la investigación, esto permite continuar con investigación en diseño de circuitos integrados, por ejemplo, instituciones como el Cinvestav y el INAOE tienen personal especializado en la investigación de diseño de circuitos, eso ha permitido mantener una importante producción de publicaciones científicas en esta área.
Nuestro laboratorio de microelectrónica tiene equipos de los 70 y 80; los hemos mantenido trabajando de una forma u otra; esta tecnología ha permitido desarrollar circuitos integrados con tecnología bipolar, NMOS y CMOS. Este laboratorio es el único en el país que tiene la capacidad de fabricar circuitos integrados a partir de obleas de silicio. Esta tecnología ha permitido el diseño y la fabricación de circuitos digitales muy específicos y la obtención de sensores y transductores novedosos. Aquí se prepara a estudiantes que participan en nuestros grupos de investigación, así obtienen experiencia y aprendizaje.
Hacemos investigación dirigida, entre otros campos, hacia el diseño, las comunicaciones y materiales. Yo trabajo buscando emisión de luz en el silicio, que es un material que no emite naturalmente luz. Yo busco materiales que emiten y son compatibles con silicio, y de esta forma no usar pistas de aluminio, esto debido a que los circuitos son cada vez más complejos y en estas pistas de aluminio se generan cuellos de botella entre los electrones. La idea es generar luz con silicio o materiales compatibles con silicio y combinarla con tecnología como la CMOS para que en lugar de conducir electrones en las trayectorias de conexión conduzca fotones, es decir luz, en lugar de los electrones.
¿Hacia dónde se dirige la microelectrónica?
El campo de la microelectrónica es muy amplio, hay tendencias específicas de crear circuitos integrados cada vez más complejos, con mayor integración, que realicen mayores funciones en menor espacio.
La ley de Moore dice que cada año se doblaría el número de dispositivos que se podían poner en un circuito integrado, y eso ha ocurrido; ahora está llegando una complejidad tan grande que ya no podría no cumplirse. Sin embargo, se está intentando producir circuitos integrados que no sean planos sino que sean tridimensionales, que se fabriquen los circuitos independientes y se peguen como si fueran los pisos de un edificio, o que se ocupe el cuerpo del silicio y no solo la superficie, por lo que no se ve un límite para la microelectrónica.
- La micra es la milésima parte de un milímetro.
- Un nanómetro es una millonésima parte del milímetro.