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Autoensamblaje para hacer chips más rápidos
El autoensamblaje de estructuras a nanoescala, en las que las moléculas se ordenan de manera precisa de acuerdo con las leyes fundamentales de la física, ha sido durante mucho tiempo el sueño de los diseñadores de chips. Esto se debe a que podría ser mucho más económico crear características ultrapequeñas y precisas con el autoensamblaje que con las técnicas de fabricación de chips existentes. Ahora, los investigadores de IBM han dado un paso hacia el uso del autoensamblaje para fabricar futuros microprocesadores.
Fichas que se hacen solas: Esta sección transversal del microprocesador muestra un espacio vacío entre el cableado de cobre del chip. Los cables suelen estar aislados con un material similar al vidrio, pero IBM ha utilizado técnicas de autoensamblaje, que pueden emplearse en instalaciones de fabricación de chips, para crear espacios de aire que aíslen los cables.
La compañía ha anunciado un proceso novedoso que utiliza técnicas de autoensamblaje para crear espacios de aire que aíslan los cables en los microprocesadores. Los primeros resultados muestran que estos aisladores de espacio de aire pueden aumentar la velocidad de un chip en un 35 por ciento o permitir que consuma un 15 por ciento menos de energía que los chips sin el aislante de espacio de aire. La empresa espera que el nuevo proceso se implemente en las instalaciones de semiconductores en 2009.
El nuevo enfoque de autoensamblaje marca el comienzo de la creación de chips en una era de nanotecnología, dice Daniel Edelstein , Miembro de IBM y científico jefe del proyecto de espacio de aire de autoensamblaje. Es importante destacar que, dice Edelstein, el proceso de IBM está diseñado para ser compatible con las instalaciones y materiales de fabricación actuales.
Uno de los cuellos de botella en el desarrollo de los chips actuales es el cableado de cobre que pasa datos entre los transistores y fuera del chip. A medida que los chips se encogen, estos cables, que tienen unos 70 nanómetros de ancho, deben fabricarse más juntos. Sin embargo, cuanto más cerca estén los cables entre sí, es más probable que sus corrientes eléctricas interfieran entre sí, minando la energía y ralentizando el flujo de datos. El aislamiento puede ayudar, pero el material aislante actual, el vidrio, no será lo suficientemente bueno para las generaciones futuras de chips. Los ingenieros saben que el aire es un mejor aislante y han estado trabajando para desarrollar formas de crear espacios de aire lo suficientemente pequeños (unos 35 nanómetros de diámetro) para que funcionen. Pero el equipo de fabricación de última generación actual no puede producir de manera confiable espacios de aire tan pequeños.
Entonces, en cambio, los investigadores de IBM utilizaron un nuevo tipo de polímero para ayudarlos a crear los espacios de aire. El polímero se vierte sobre alambres de cobre que están incrustados en un material aislante. Cuando el polímero se calienta, las moléculas se separan entre sí para formar una matriz regular de agujeros a nanoescala. Estos orificios se utilizan como plantilla para grabar columnas huecas en el material aislante que rodea los cables. Luego, los ingenieros bombean plasma, un gas cargado eléctricamente, a través de los orificios para eliminar el material aislante restante. Un enjuague químico rápido deja claros espacios de aire a ambos lados de los cables de cobre.
Creo que esta demostración en particular es muy alentadora para otras personas que trabajan en el autoensamblaje porque ven que esto se vuelve cada vez más real y avanza hacia una implementación de tipo más industrial, dice Babak Amir Parviz , profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad de Washington, en Seattle.
Edelstein de IBM dice que debido a que el nuevo proceso agrega pasos de fabricación al proceso general de fabricación de chips, habrá un ligero aumento en el costo. Hay 10 capas de cableado en un chip y estima que el costo aumentará en un 1 por ciento por capa. Algunos chips, dice Edelstein, se construirían con una sola capa de espacios de aire, mientras que otros podrían tener cuatro o más, según las necesidades del cliente. IBM planea licenciar la tecnología a sus socios de investigación, que incluyen Advanced Micro Devices, Sony, Toshiba y Freescale Semiconductor.