ESTADO ACTUAL DE LA MICROELECTRÓNICA

Ahora miremos hacia el futuro. El titular de un artículo de primera página que apareció en el New York Times el 9 de octubre de 1999 cita las previsiones de los ingenieros de Intel de serias barreras en el progreso del chip. Ésta no es la primera vez que se han predicho panoramas tan catastróficos. Durante muchos años se ha hablado sobre la rápida aproximación al «final» de la microelectrónica. Sin embargo, ésta es la primera vez que una importante empresa fabricante de semiconductores hace pública una afirmación de este tipo sobre este tema. ¿Por qué esta previsión tan pesimista? ¿Qué significa esto para la microelectrónica en la era de Internet?

Existen al menos cuatro tipos de límites relacionados con el desarrollo de la microelectrónica de silicio, de los que se habla extensamente: económicos, físicos, termodinámicos y estadísticos.

Los comentaremos brevemente a continuación.

Cuando nos referimos a límites económicos, estamos hablando del coste de una nueva fábrica. Desgraciadamente, la ley de Moore sobre cambio exponencial se aplica también a los costes de fabricación. En los últimos veinticinco años, el coste de una fábrica ha aumentado en más de un orden de magnitud y ahora supera con mucho los 1.000 millones de dólares. Lo que es importante de estos datos es el enorme riesgo que una determinada empresa tiene que afrontar cuando decide construir una nueva fábrica. Este riesgo se esta haciendo casi insoportable y lo único que va a hacer es empeorar.

La segunda limitación viene de la física, o más concretamente, de la mecánica cuántica. A medida que las dimensiones laterales del transistor se reducen, el grosor del grosor del aislante de la puerta tiene que reducirse también.

El problema es que, muy pronto, el aislante de la puerta del MOSFET será tan fino que tendrá «escapes» a causa del paso de los electrones por la misma. Esto es malo por muchas razones: consumo de energía, retención de memoria y otras.

Se cree que el límite mínimo del grosor del óxido está entre 1,5 y 1,6 nm. Esto implica que el límite último del tamaño de la puerta del transistor es del orden de 30 a 60 nm, lo que se prevé conseguir dentro de diez años aproximadamente. El límite termodinámico se refiere a la dificultad de fabricar las zonas fuente y sumidero en el MOSFET con la alta concentración de impurezas requerida para conseguir baja resistencia. Nuestra capacidad de introducir altas concen traciones de impurezas de una forma estable tiene un límite termodinámico.

Finalmente, los transistores se están reduciendo tanto que actualmente el número de impurezas en el cuerpo del transistor está llegando a ser bastante pequeño. Como resultado, la fluctuación estadística de concentración de impurezas se está haciendo muy significativa.

Esto quiere decir que las mismas características del transistor también mostrarán una amplia distribución estadística. Esto es problemático cuando hay decenas o centenas de millones de transistores en un chip. Por lo tanto, con el conocimiento de estos límites, ¿hasta dónde es probable que llegue la microelectrónica? Arno Penzias, premio Nobel de los laboratorios de Bell, piensa que a pesar de todas estas y de otras limitaciones que tenemos ante nosotros, el poder de la microelectrónica probablemente aumentará un millón más. Su argumento es el siguiente: supongamos que podemos reducir el tamaño del transistor en un factor de 10. Como se ha mencionado anteriormente, esto no deja de ser razonable. Esta reducción de 10X en tamaño debería traducirse en un aumento de 100X en la densidad del transistor y en una mejora de 100X en la velocidad del circuito. Penzias espera otra mejora de 100X proveniente de alguna sorpresa en la arquitectura del circuito o en otra área (algo que no deja de ser razonable si nos remontamos al pasado). El total es entonces de una mejora de un millón de veces.