Chips del futuro: varios pisos, nanotubos de carbono y memorias de platino y titanio

Desde que Jack Kilby y Robert Noyce crearan a finales de los años 50 los circuitos integrados, la fabricación de los chips ha mantenido las mismas bases. Los distintos transistores se imprimen sobre una capa de silicio, creando la lógica electrónica que los hace funcionar. Pero este modo de fabricación es como escribir en un folio: es un proceso que sólo aprovecha dos dimensiones. Ahora, un grupo de investigación de la Universidad de Stanford asegura haber logrado la manera de construir chips con varias capas, como si pasáramos del folio a un libro.

Los investigadores de la Universidad de Stanford, liderados por Subhasish Mitra, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática, y S. Philip Wong, profesor de Escuela de Ingeniería, han empleado para ello transistores fabricados con nanotubos de carbono y memoria resistiva de acceso aleatorio (RRAM); ambos emplean menos energía y son más eficientes que el tradicional uso de silicio.

Para lograr estos nuevos chips han desarrollado tres innovaciones. La primera ha sido crear circuitos integrados de transistores de nanotubos de carbono con una densidad suficientemente alta como para producir chips de tamaño aceptable. Los nanotubos pierden menos electricidad que el silicio, consumiendo menos energía y emitiendo menos calor, pero ocupan demasiado espacio con las técnicas actuales de fabricación. El truco empleado por estos investigadores ha sido crearlos en obleas de cuarzo, que es el método habitual, pero para aplicarles después una capa metálica que permite retirar los nanotubos y colocarlos después en otra oblea, esta vez de silicio. Repitiendo el proceso en trece ocasiones han logrado reunir los nanotubos creados en trece obleas de cuarzo en sólo una de silicio, logrando unos circuitos mucho más compactos.

La segunda innovación ha sido el uso de una variante específica de memoria RRAM, presentada ya el año pasado por el profesor Wong. Esta memoria está construida a base de crear una suerte de sandwich de tres capas con nitruro de titanio, óxido de hafnio y platino, un material que puede conducir o no la electricidad dependiendo de si se le aplica previamente una corriente concreta. Además de almacenar de forma permanente y no volátil los datos, como sucede con la memoria flash, consume menos energía y produce menos calor, además de ser apilable en distintas capas, al igual que sucede con los circuitos de nanotubos de carbono.

La tercera innovación ha sido la creación de interconexiones entre las capas. Tanto los nanotubos como la RRAM no requieren de altas temperaturas para su fabricación, lo que les ha permitido crear cada capa encima de la anterior sin alterarla. Al hacer las capas de memoria pudieron perforar miles de interconexiones con la capa de nanotubos inferior. Esto permite liberar los cuellos de botella habituales en la comunicación entre memoria y microprocesador. Con silicio no podría hacerse ya que requiere en su fabricación unas temperaturas de 1.000 grados centrígrados que fundirían la capa inferior.

Las menores pérdidas de electricidad respecto a los chips de silicio son otra de las razones por las que pueden apilarse varias capas, ya que no se calientan tanto. Aunque el prototipo creado en laboratorio tiene cuatro pisos, el sistema es escalable y podrían construirse chips con decenas de capas. Además, los investigadores aseguran que podrían emplearse las instalaciones actuales con pocas modificaciones para fabricarlos en masa.