En las últimas décadas, el ámbito de la electrónica ha seguido una tendencia marcada por un principio claro: la miniaturización. Cada nueva generación de microchips ha logrado aumentar la cantidad de transistores en un volumen reducido, siguiendo la famosa ley de Moore. Esta ley, propuesta por Gordon Moore, cofundador de Intel, en 1965, preveía que el número de componentes en un microchip se duplicaría aproximadamente cada año. Sin embargo, esta carrera hacia lo minúsculo está alcanzando sus límites físicos. Un equipo internacional de científicos presenta una solución innovadora: en lugar de seguir reduciendo el tamaño de los chips, optan por construir hacia arriba.
Xiaohang Li, investigadora de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah de Arabia Saudí (KAUST), y su equipo han desarrollado un chip con 41 capas verticales de semiconductores y materiales aislantes, lo que lo convierte en el más alto fabricado hasta la fecha. Este descubrimiento, publicado en la revista Nature Electronics, no solo representa un avance técnico significativo, sino que también abre la puerta a una nueva era de dispositivos electrónicos flexibles, eficientes y sostenibles.
“Al apilar seis o más capas de transistores, podemos aumentar la densidad de circuitos sin necesidad de reducir el tamaño lateral de los dispositivos”, explica Li. “Con seis capas, logramos integrar un 600% más de funciones lógicas en la misma área que con una única capa, lo que se traduce en un mayor rendimiento y menor consumo de energía”.
Desafíos de la miniaturización
A partir de 2010, la ley de Moore comenzó a quedar obsoleta, ya que los fabricantes se encontraron con límites impuestos por las leyes de la física. Los transistores actuales son tan pequeños, de apenas unos nanómetros, que comienzan a verse afectados por efectos cuánticos que alteran su funcionamiento. “La ley de Moore está llegando a su fin en la microelectrónica de silicio tradicional, pero la innovación sigue avanzando en nuevas direcciones. En lugar de sencillamente reducir el tamaño de los transistores, nos enfocamos en nuevos materiales, arquitecturas y estrategias, como el apilamiento”, indica Li.
Rascacielos de transistores
Para ilustrar el desafío técnico que enfrentaron, Li utiliza una metáfora arquitectónica: “Imagina cada capa de transistores como el piso de un rascacielos. Si un piso es irregular, todo el edificio se vuelve inestable”. El éxito de este experimento dependió de la gestión de la “rugosidad de la interfaz”; cualquier pequeña imperfección entre capas puede interrumpir el flujo de electrones, lo que afectaría el rendimiento del chip.
Un hito clave fue el desarrollo de nuevas estrategias de fabricación. Es fundamental que todas las capas se depositen a temperatura ambiente o cercana para proteger las capas ya creadas. Este proceso de manufactura a baja temperatura es crucial; “La mayoría de los materiales flexibles u orgánicos no soportan altas temperaturas”, aclara Li. “Los procesos convencionales de semiconductores a menudo superan los 400 °C, lo que puede derretir o deformar estos materiales”. Mantener el proceso de fabricación próximo a la temperatura ambiente permite el uso de sustratos de plástico y polímeros, abriendo el camino hacia la electrónica flexible del futuro.
Para validar su diseño, el equipo produjo 600 unidades del chip, todas con un rendimiento equivalente. Utilizando estos chips apilados en diversas operaciones básicas, lograron un rendimiento comparable al de chips tradicionales no apilados, pero con un consumo energético notablemente inferior: solo 0,47 microvatios, en comparación con los 210 típicos de los dispositivos de última generación.
Aplicaciones futuras
¿Cuáles serán las primeras aplicaciones de esta tecnología? Li es optimista: “Las primeras aplicaciones probablemente serán sensores de salud portátiles, etiquetas inteligentes y pantallas flexibles, donde el bajo consumo y la flexibilidad mecánica son esenciales”. A largo plazo, el equipo imagina el desarrollo de superficies informáticas de gran área, conocidas como “pieles electrónicas”, que puedan sentir, procesar y comunicarse a través de objetos y estructuras completas. Aunque estos nuevos chips no alimentarán supercomputadoras, su implementación en electrodomésticos podría disminuir notablemente la huella de carbono de la industria electrónica.
“Los circuitos que hemos desarrollado están diseñados específicamente para estos sistemas, donde la flexibilidad mecánica, el bajo coste y la escalabilidad son más importantes que la velocidad extrema”, concluye Li, destacando que su investigación marca un nuevo rumbo en la informática: “Demuestra que el escalamiento del rendimiento puede continuar, no solo haciendo los dispositivos más pequeños, sino también integrándolos de manera más inteligente y eficiente en tres dimensiones.”
