Microchips invisibles: El próximo salto en el diseño de chips

Un equipo internacional de investigadores liderado por ingenieros de la Universidad Johns Hopkins presentó un nuevo método de fabricación de microchips que lleva el diseño de chips a nuevas alturas. Su método de fabricación de microchips mejorado puede crear unidades tan pequeñas que el ojo humano no puede percibirlas.

Estos microchips microscópicos tienen el potencial de revolucionar la electrónica y dar paso a una era de dispositivos más ligeros y capaces. Además, utilizan menos energía y son más económicos. A continuación, se presentan los detalles clave.

¿Qué son los microchips y cómo se fabrican?

Los microchips son componentes fundamentales en la electrónica de alta tecnología de hoy en día. Estas tarjetas se crean de manera que permiten integrar circuitos directamente en su diseño de oblea de silicio. Como parte del proceso de fabricación, se utiliza la fotolitografía para grabar materiales sensibles a la radiación.

Fotolitografía

La fotolitografía permite el grabado preciso de patrones microscópicos en obleas de semiconductor a través de una capa sensible a la radiación llamada resist. El láser produce una reacción química intensa que quema las capas sensibles a la luz para crear capas de circuitos intrincados.

Resistencias avanzadas

La película de marco imidazolato zeolítico amorfo (aZIF) ha surgido como la resistencia más avanzada y comúnmente utilizada. La película proporciona una alta capacidad de carga, y también actúa como una capa de protección ligera. Sin embargo, aZIF no está exenta de limitaciones.

Desafíos con las resistencias aZIF actuales

Los científicos han alcanzado un límite en cuanto a lo pequeño y delgado que pueden hacer los microchips. Notan que la deposición de aZIF carece de control, lo que deja aspectos cruciales de la impresión inconsistentes, como el grosor y la uniformidad.

Desplazarse hacia la derecha para desplazarse →

Estas limitaciones también han hecho que el concepto sea incapaz de escalar económicamente para cumplir con las aplicaciones industriales en su estado actual. Notablemente, los costos de utilizar estrategias de fabricación de chips tradicionales comienzan a superar los beneficios a medida que disminuye el tamaño del chip. Estos factores continúan limitando el potencial de procesamiento y mercado de los microchips ultra-pequeños.

Estudio de microchips pequeños

El estudio Deposición de giro de películas de marco imidazolato zeolítico amorfo para aplicaciones de litografía¹, publicado el 11 de septiembre en la revista Nature Chemical Engineering, presenta una nueva estrategia de producción de microchips que utiliza nuevos materiales para superar los problemas anteriores.

Fuente – Nature

En particular, destaca una forma más efectiva de depositar películas de aZIF que tiene el potencial de revolucionar la producción de chips en el futuro. El enfoque mejorado combina software de modelado avanzado con un nuevo enfoque llamado “Más allá de la radiación ultravioleta extrema” (B-EUV).

Esta estrategia proporciona una mayor controllabilidad del grosor y otros detalles vitales, lo que permite a los ingenieros crear tipos de chips más específicos y a una escala más pequeña.

Modelado de fabricación de microchips

Los ingenieros pudieron crear chips más pequeños y eficientes utilizando software de modelado diseñado específicamente para controlar el proceso de radiación de mayor potencia. El software utilizó dinámica de fluidos computacional para determinar detalles vitales.

De esta manera, el software de modelado proporcionó a los ingenieros la capacidad de probar varias combinaciones de materiales y metales, así como establecer tasas de deposición intrínsecas exactas. En particular, buscaron una comprensión más profunda de varias combinaciones de metales e imidazoles.

Esta capacidad les ayudó a asegurarse de que las difusividades de transporte de reactantes permanecieran controladas. Es importante destacar que el equipo notó que el software podría modelar chips que son más pequeños que el estándar actual sub-10nm, mientras que aún resisten daños adicionales del proceso de radiación de mayor potencia.

Deposición líquida química (CLD)

Una deposición líquida química que utiliza resistentes metalorgánicos a base de imidazol en solución a escala de oblea de silicio permitió a los científicos preestablecer el grosor exacto hasta el nanómetro. Esta capacidad les permitió preparar películas de aZIF de alta calidad con grosor controlado consistentemente por primera vez, abriendo la puerta para la producción a escala de estos chips pequeños.

Estudio de microchips pequeños: pruebas y resultados

Los ingenieros crearon un microchip ultra-pequeño funcional para probar su teoría. El dispositivo era tan pequeño que el ojo humano no podía visualizarlo sin óptica. A pesar de su pequeño tamaño, funcionó al mismo nivel que el microchip estándar actual de la industria.

Los resultados de las pruebas mostraron que el resistente de alta resolución funcionó de manera excepcional en circunstancias de fabricación normales. Los científicos pudieron demostrar cómo la litografía más allá de la radiación ultravioleta extrema de las películas de aZIF abre la puerta para chips más compactos y potentes en el futuro.

Beneficios de los microchips pequeños

La lista de beneficios que proporcionan estos microchips pequeños no se puede ignorar. Por un lado, el tamaño y la forma más pequeños conducirán directamente a una electrónica más avanzada. El chip más pequeño ayudará a hacer que los dispositivos sean más ligeros y eficientes en términos de energía. A su vez, estos chips ayudarán a que la electrónica saque el máximo provecho de las restricciones de la batería y más.

Rendimiento más rápido

Cuanto más pequeño se haga un chip, más se puede integrar en un dispositivo. Por lo tanto, este último desarrollo conducirá a que la electrónica de mañana reciba mucha más potencia computacional. Esta evolución se considera un paso vital para respaldar las crecientes demandas computacionales de la inteligencia artificial.

Los microchips pequeños son más económicos

Las plantas de fabricación de chips más avanzadas de hoy en día dependen de métodos de capas costosos que solo son asequibles en las aplicaciones de alta gama. Para el consumidor promedio, los dispositivos impulsados por microchips ultra-pequeños siguen siendo muy costosos debido a los costos de fabricación inherentes.

Este último aumento abrirá la puerta para que chips más asequibles lleguen al mercado. Esperemos que esto impulse hacia abajo el costo de la electrónica de consumo de alta gama, permitiendo que más personas accedan a estos dispositivos.

Escalable

El mayor beneficio del estudio de microchips pequeños es que este proceso de fabricación se puede escalar para cumplir con los objetivos de producción industrial, reduciendo al mismo tiempo los costos de fabricación.

Aplicaciones y cronograma reales del estudio de microchips pequeños:

Hay muchas aplicaciones para los microchips ultra-pequeños. Estos dispositivos seguirán siendo un componente fundamental de sistemas avanzados que van desde automóviles inteligentes hasta dispositivos portátiles y dispositivos médicos. Puedes esperar ver estos chips avanzados funcionando dentro de futuros teléfonos celulares, electrodomésticos y vehículos.

Se espera que transcurran aproximadamente 10 años hasta que esta tecnología de microchips llegue al mercado, según los ingenieros. Afirman que todavía hay mucha más investigación que el equipo quiere realizar. Además, necesitarán trabajar con socios industriales para encontrar una planta de producción adecuada que pueda respaldar sus necesidades y estrategia.

Investigadores del estudio de microchips pequeños

El estudio de microchips pequeños fue un esfuerzo colaborativo que incluyó a Yurun Miao, Kayley Waltz y Xinpei Zhou de la Universidad Johns Hopkins. Trabajaron con Liwei Zhuang, Shunyi Zheng, Yegui Zhou y Heting Wang de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China Oriental.

El documento también enumera contribuciones de Qi Liu de la Universidad de Soochow, Moeed Ahmad y J. Anibal Boscoboinik del Laboratorio Nacional de Brookhaven, Kumar Varoon Agrawal de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne y Oleg Kostko del Laboratorio Nacional de Berkeley.

Futuro comercial de los microchips pequeños

El futuro de los microchips pequeños se ve prometedor. Por un lado, hay una fuerte demanda de estos dispositivos, y no falta de equipos que trabajen para llevar esta tecnología al mercado. Ahora, los siguientes pasos incluirán una investigación continua en diferentes combinaciones de materiales y cómo los métodos de producción de radiación B-EUV se pueden mejorar a través de nuevos pares metalorgánicos.

Ya el equipo ha señalado 10 metales que pueden calificar para su uso hasta ahora. También hay cientos de organismos que el científico pretende investigar. Un científico explicó que la investigación futura se centrará en cómo diferentes longitudes de onda y materiales interactúan como parte de su objetivo de determinar los pares más eficientes.

Inversión en la producción de microchips

Muchas empresas innovadoras buscan impulsar el diseño de microchips a nuevas alturas. Estas empresas siguen invirtiendo miles de millones en I+D. Su objetivo es ayudar a dar paso a una nueva era de microchips más eficientes y capaces que cuesten menos de fabricar y ofrezcan mayor durabilidad. A continuación, se presenta una empresa que sigue siendo pionera en el mercado debido a sus conceptos y productos innovadores.

Tecnología Marvell

Marvell Technology se lanzó en 1995 para proporcionar semiconductores de alto rendimiento al creciente sector tecnológico de EE. UU. La empresa tiene su sede en Santa Clara, California. Sus fundadores, Sehat Sutardja y Weili Dai, querían crear un fabricante de microchips con sede en EE. UU. que pudiera competir con gigantes globales.

Su enfoque ventajoso dio sus frutos cuando la empresa se convirtió oficialmente en pública en 2000. Unos años más tarde, Marvell Technology adquirió el sector de comunicaciones de Intel. Esta maniobra ayudó a fortalecer los métodos de producción y mejorar el rendimiento.

En 2021, Marvell Technology realizó otra adquisición importante. Esta vez, la empresa adquirió la empresa de datos en la nube, Inphi Corporation. Esta maniobra demostró el objetivo de la empresa de pivotar hacia el soporte de sistemas de inteligencia artificial y la expansión de centros de datos.

Hoy en día, Marvell Technology emplea a más de 6,500 profesionales y posee más de 10,000 patentes globales, lo que destaca su compromiso con la innovación. Aquellos que buscan un fuerte competidor en el mercado de microchips deben investigar más a fondo sobre Marvell Technologies.

Noticias y rendimiento de las acciones de Marvell Technology (MRVL)

Conclusión del estudio de microchips pequeños

Los microchips pequeños seguirán siendo un componente crucial de las tecnologías del futuro. Estas máquinas invisibles ayudarán a hacer la vida más fácil para la mayoría de las personas, mejorando las comunicaciones y mejorando las capacidades computacionales.

Estos sistemas son especialmente importantes en las redes de inteligencia artificial del futuro que operarán de forma nativa en lugar de requerir acceso a Internet. Por estas razones y muchas más, este equipo merece un aplauso.

Aprende sobre otros avances en computación Aquí.

Referencias

^{1. Miao, Y., Zheng, S., Waltz, K. E., Ahmad, M., Zhou, X., Zhou, Y., Wang, H., Boscoboinik, J. A., Liu, Q., Agrawal, K. V., Kostko, O., Zhuang, L., & Tsapatsis, M. (2025). Deposición de giro de películas de marco imidazolato zeolítico amorfo para aplicaciones de litografía. Nature Chemical Engineering, 1-14. https://doi.org/10.1038/s44286-025-00273-z}