Un grupo de investigadores del Centro Multidisciplinario para el Desarrollo de Materiales Cer\u00e1micos (CMDMC) anunci\u00f3 en S\u00e3o Carlos (interior de S\u00e3o Paulo) un nuevo proceso y una nueva formulaci\u00f3n de chips capaces de expandir hasta 250 veces la memoria de las computadoras. Y la novedad es importante, pues podr\u00e1 reportarles grandes beneficios a los consumidores y a las industrias de inform\u00e1tica y electroelectr\u00f3nica brasile\u00f1as. Y tambi\u00e9n, quien sabe, a la industria internacional.<\/p>\n
En Brasil la producci\u00f3n de materiales semiconductores, los componentes esenciales para el funcionamiento de todo tipo de equipamiento electr\u00f3nico, es uno de los cuatro puntos incluidos en las directrices de la pol\u00edtica industrial del pa\u00eds anunciadas por el gobierno nacional en noviembre pasado y que ser\u00e1n confirmadas ahora en marzo. Estos productos se fabrican a base de silicio y forman los famosos chips y los restantes dispositivos que a su vez componen los circuitos integrados y realizan el procesamiento y el almacenaje de las informaciones de cualquier microprocesador, ya sea que \u00e9ste se encuentre en el cajero autom\u00e1tico del banco, en los tel\u00e9fonos celulares, en el sistema de inyecci\u00f3n de combustible de un coche, en el televisor o en la computadora.<\/p>\n
Los semiconductores, por lo tanto, se encuentran en la l\u00ednea de frente si de lo que se trata es de recibir, junto a los software, los f\u00e1rmacos y los bienes de capital, los incentivos gubernamentales y empresariales que dar\u00e1n nuevo impulso al desarrollo de pa\u00eds. Hasta ahora la discusi\u00f3n sobre la producci\u00f3n de estos componentes en Brasil se ha apoyado fundamentalmente en la importaci\u00f3n de tecnolog\u00eda con el montaje en f\u00e1bricas instaladas ac\u00e1. Pero con estas perspectivas, la novedad anunciada en S\u00e3o Carlos puede hacer que arrecie el debate sobre la producci\u00f3n de semiconductores en el pa\u00eds.<\/p>\n
Para llegar a estos nuevos materiales, que pueden servir para constituir una nueva generaci\u00f3n de memoria computacional, los investigadores del CMDMC, uno de los diez Centros de Investigaci\u00f3n, Innovaci\u00f3n y Difusi\u00f3n (Cepids) financiados por la FAPESP, desarrollaron un proceso sencillo y barato de deposici\u00f3n qu\u00edmica mediante el empleo de un horno de microondas casero. Dicho proceso ha rendido un registro de patente. Tambi\u00e9n construyeron un electrodo (un elemento conductor de carga el\u00e9ctrica) que podr\u00e1 reemplazar a los de platino en los circuitos integrados. Todas estos logros son objeto de inter\u00e9s por parte de una empresa multinacional cuyo nombre los investigadores involucrados en la negociaci\u00f3n prefieren mantener en el anonimato.<\/p>\n
Peque\u00f1os aislantes Este par\u00e1metro mide cu\u00e1nto el material permite el desplazamiento de la carga el\u00e9ctrica a trav\u00e9s de su superficie hacia otras capas internas de los componentes. A decir verdad, estos materiales son aislantes, y por tanto son incapaces o ineficaces para conducir una corriente el\u00e9ctrica, a diferencia de los conductores, en los que la carga fluye normalmente. En tanto, los semiconductores, materiales formados por elementos qu\u00edmicos tales como el silicio, el germanio o compuestos como el arsenuro de galio, poseen una conductividad el\u00e9ctrica intermedia: almacenan menos electrones que un metal, pero promueven un control m\u00e1s sencillo y ordenado de dichas part\u00edculas.<\/p>\n En un material diel\u00e9ctrico, la carga se desplaza hacia otro nivel dentro de los dispositivos electr\u00f3nicos, conocidos gen\u00e9ricamente como chips (un s\u00e1ndwich formado por un material semiconductor y uno conductor intercalados por capas de pel\u00edculas diel\u00e9ctricas) bajo la forma de descargas, tambi\u00e9n denominadas inducci\u00f3n, cuando su rigidez diel\u00e9ctrica es superada.<\/p>\n La constante diel\u00e9ctrica del film de titanato de bario-plomo producido en S\u00e3o Carlos es igual a 1.800, m\u00e1s de 250 veces superior a la de los capacitores (un dispositivo que almacena carga el\u00e9ctrica en un espacio muy reducido) utilizados en los circuitos integrados. Las pel\u00edculas actuales, elaboradas a base de \u00f3xido de silicio y nitruro de silicio, tienen una constante diel\u00e9ctrica igual a siete. En otros productos resultantes de trabajos de investigadores del CMDMC en conjunto con estadounidenses y japoneses, las mayores constantes diel\u00e9ctricas para estos materiales alcanzaron la marca de 700 con m\u00e9todos sofisticados y costosos.<\/p>\n “Los chips actuales con constante siete son capaces de procesar memoria de 1 gigabyte (GB), por ejemplo, mientras que con el material que nosotros desarrollamos podr\u00e1n llegar a los 250 GB”, anuncia el profesor Elson Longo, coordinador del Laboratorio Interdisciplinario de Electroqu\u00edmica y Cer\u00e1mica (Liec), del Departamento de Qu\u00edmica de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos (UFScar) y del CMDMC, llamado Cepid Cer\u00e1mica, integrado tambi\u00e9n por el Instituto de Qu\u00edmica (IQ) de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) de Araraquara, el Instituto de Investigaciones Energ\u00e9ticas y Nucleares y el Instituto de Qu\u00edmica de S\u00e3o Carlos de la Universidad de S\u00e3o Paulo.<\/p>\n “Actualmente, en las pastillas de los semiconductores de un cent\u00edmetro cuadrado (cm\u00b2) de \u00e1rea es posible archivar 1 megabyte (MB) de informaci\u00f3n. Con la nueva memoria ser\u00e1 posible archivar en ese mismo espacio 250 MB”, dice Longo. “La alta densidad diel\u00e9ctrica, al margen de representar un avance en el almacenamiento de memoria de los capacitores, es necesaria para mantener la concentraci\u00f3n y el almacenamiento de la carga el\u00e9ctrica dentro de los est\u00e1ndares exigidos para las futuras generaciones de memoria de acceso aleatorio din\u00e1mico, denominadas Dram (del ingl\u00e9s\u00a0Dynamic Random Acess Memory<\/em> ), que hacen el almacenamiento de datos y de informaci\u00f3n del software utilizado al momento del uso de la computadora, redundando tambi\u00e9n en un menor consumo de energ\u00eda el\u00e9ctrica.”<\/p>\n As\u00ed, la investigaci\u00f3n que result\u00f3 en los filmes finos de titanato de bario-plomo forma parte de una carrera mundial que ya lleva m\u00e1s de 20 a\u00f1os de trayectoria en pos de superar uno de los problemas de la microelectr\u00f3nica: el tama\u00f1o de la c\u00e9lula de memoria. Esta pieza est\u00e1 siendo reducida a\u00f1o a a\u00f1o con el objetivo de aumentar el n\u00famero de dispositivos y generar una mayor capacidad de archivamiento y de procesamiento de datos en las computadoras. Es un camino que se desprende de la solicitaci\u00f3n evolutiva de los software, cada vez m\u00e1s variados, diseminados y sofisticados. La disminuci\u00f3n del tama\u00f1o de los dispositivos de memoria tambi\u00e9n facilita la miniaturizaci\u00f3n y la creaci\u00f3n de nuevos equipos electr\u00f3nicos o el aumento de las funciones de estos artefactos.<\/p>\n Desde los a\u00f1os 1970 ha sido permanente la demanda de multiplicaci\u00f3n de memoria y de espacio en el interior de los dispositivos semiconductores. La m\u00e1s famosa predicci\u00f3n sobre este progreso de la inform\u00e1tica la realiz\u00f3 el ingeniero electr\u00f3nico Gordon Moore, uno de los fundadores de Intel, la principal f\u00e1brica de semiconductores instalada en Estados Unidos. Moore sostuvo que el crecimiento de la industria de computadoras provocar\u00eda un incremento de la capacidad de procesamiento de los chips, que se duplicar\u00eda cada dos a\u00f1os. Este vaticinio, delineado en un art\u00edculo escrito por Moore en 1965 en la revista\u00a0Eletronics<\/em> , se hizo conocido posteriormente como Ley de Moore. Durante todo este tiempo, la industria electroelectr\u00f3nica ha seguido a al pie de la letra esta evoluci\u00f3n, e incluso la ha superado. El tama\u00f1o de las memorias RAM, por ejemplo, se ha cuadruplicado cada tres a\u00f1os.<\/p>\n Al mismo tiempo, se hace cada vez m\u00e1s dif\u00edcil mantener la densidad de electrones en los capacitores utilizando los actuales derivados del silicio. Los capacitores, uno de los elementos m\u00e1s importantes de este tipo de dispositivos, se han reducido de tama\u00f1o cada a\u00f1o. A comienzos de los a\u00f1os 1990, el \u00e1rea de estos componentes era de 3,6 mm\u00b2. Actualmente es de 0,1 mm\u00b2. Y se estima que dicha superficie se reducir\u00e1 a 0,04 mm\u00b2 entre 2007 y 2010. Tambi\u00e9n se reduce el tama\u00f1o y se incrementa la cantidad de transistores (ampliadores de se\u00f1ales el\u00e9ctricas) en los equipos electr\u00f3nicos. En los procesadores 8086, que salieron al mercado en 1978, el n\u00famero de transistores era de 29 mil unidades. Hoy en d\u00eda, con el Pentium 4, dicha cantidad asciende a 42 millones de transistores.<\/p>\n El shock de la temperatura Pero las altas temperaturas no son un problema para las pel\u00edculas desarrollados por el equipo coordinado por el profesor Elson Longo. “Los sistemas son confiables porque el titanato de bario y plomo no se degrada a las temperaturas que normalmente perjudican a los dispositivos actuales. Otra ventaja del nuevo film es su condici\u00f3n ferroel\u00e9ctrica, que corre con ventajas con relaci\u00f3n a los ferromagn\u00e9ticos utilizados actualmente, pues poseen bajo voltaje de operaci\u00f3n, m\u00e1s all\u00e1 de su menor tama\u00f1o, su bajo peso y su alta velocidad de lectura y escritura, un proceso que almacena, borra e imprime las caracter\u00edsticas se\u00f1ales digitales 0 y 1 en las memorias de una computadora.<\/p>\n “Grandes grupos industriales de Estados Unidos, Europa y Asia est\u00e1n invirtiendo millones de d\u00f3lares en la obtenci\u00f3n de laminas delgadas ferroel\u00e9ctricas porque son compatibles y de f\u00e1cil integraci\u00f3n con la actual tecnolog\u00eda de producci\u00f3n de circuitos integrados que usan chips de silicio y de arsenuro de galio”, dice Longo.Pero la gran ventaja industrial de la nueva l\u00e1mina es su proceso de fabricaci\u00f3n. Con base en una soluci\u00f3n org\u00e1nica de citrato extra\u00edda del \u00e1cido c\u00edtrico (presente en frutas como las naranjas y los limones) se prepara un compuesto s\u00f3lido y de estructura qu\u00edmica polim\u00e9rica (similar a los pl\u00e1sticos) que lleva bario, plomo y titanio como ingredientes. Este compuesto es llevado a un horno sencillo a una temperatura de hasta 300\u00ba C para el retiro del material org\u00e1nico (carbono principalmente).<\/p>\n “Luego utilizamos un horno de microondas dom\u00e9stico para orientar la cristalizaci\u00f3n [que esa esencial para obtener una buena constante diel\u00e9ctrica] y producir la l\u00e1mina o pel\u00edcula de titanato de bario-plomo”, explica Longo. Es la primera vez que se obtiene ese compuesto mediante el uso de esta t\u00e9cnica. “Quiz\u00e1s la Nasa (la agencia espacial estadounidense) y los militares de Estados Unidos est\u00e9n usando este titanato en chips que necesitan de un estadio de estabilidad avanzado. Pero no se fabrica industrialmente; tal vez se lo produzca en laboratorio mediante m\u00e9todos caros y complejos, y sin la constante diel\u00e9ctrica que nosotros obtuvimos”.<\/p>\n A diferencia de las salas impecablemente aseadas y sin ning\u00fan tipo de material contaminante en suspensi\u00f3n que forman parte de las plantas fabriles de alta tecnolog\u00eda, todo a un costo de muchos millones de d\u00f3lares, la producci\u00f3n de las pel\u00edculas de titanato de bario-plomo podr\u00e1 concretarse en cualquier ambiente, sin ning\u00fan cuidado especial. “Con los m\u00e9todos utilizados actualmente, estos materiales est\u00e1n listos en alrededor de 40 horas. Pero con el sistema que nosotros desarrollamos son dos horas de quema en el horno com\u00fan y otros diez minutos en el microondas para obtener el titanato”, compara Longo.<\/p>\n La FAPESP financi\u00f3 la patente de este sistema, depositada en julio de 2003: antes por lo tanto de la publicaci\u00f3n del art\u00edculo cient\u00edfico en la revistaApplied Physics Letters<\/em> , del Instituto Americano de F\u00edsica, el d\u00eda 12 de enero de este a\u00f1o. Dicho art\u00edculo fue firmado por el profesor Longo y los investigadores Fenelon Martinho Lima Pontes, Edson Leite, Geovane Pimenta Mambrini y M\u00e1rcia Tsuyama Escote, de la UFScar, y el profesor Jos\u00e9 Arana Varela, de la Unesp.<\/p>\n El mismo m\u00e9todo fue empleado por el grupo de investigadores para producir otra innovaci\u00f3n: un electrodo de niquelato de lantanio (LaNiO3). Este material reemplaza a la capa de platino en el s\u00e1ndwich que forma el chip. Del mismo modo que con el titanato de bario, el niquelato fue elaborado con base en un compuesto en este caso formado por n\u00edquel y lantanio, que mantiene las propiedades estructurales del material antes de ir al horno, al diferencia de las pel\u00edculas actuales, que pasan por varios procesos de deposici\u00f3n qu\u00edmica o f\u00edsica.<\/p>\n Esto significa que la matriz, denominada precursor polim\u00e9rico, posee la memoria qu\u00edmica que tiene la estructura necesaria para convertirse en un material semiconductor o conductor. “Elaboramos el material en forma de estructura polim\u00e9rica y despu\u00e9s, cuando lo quemamos, queda solamente el esqueleto, que es la placa conductora o diel\u00e9ctrica”, dice Longo. “Otro punto importante es que estos materiales son compatibles entre s\u00ed en su estructura qu\u00edmica y molecular, lo que facilita la integraci\u00f3n de estas pel\u00edculas en un mismo dispositivo, que normalmente tambi\u00e9n tienen oro como conductor, otro elemento compatible qu\u00edmicamente.”<\/p>\n Miles de millones en todo el mundo La producci\u00f3n de las pel\u00edculas de titanato de bario-plomo y del electrodo de niquelato de lantanio mediante el empleo de la t\u00e9cnica desarrollada por el Cepid Cer\u00e1mica podr\u00e1 hacerse efectiva tanto en Brasil como en el exterior, dependiendo del corolario de la negociaci\u00f3n, si \u00e9sta resulta positiva.\u00c9ste es un mercado multimillonario que estudia muy bien los nuevos pasos que deben darse. Y no es para menos. El a\u00f1o pasado, las ventas mundiales del sector de semiconductores llegaron a 166,4 mil millones de d\u00f3lares, un 18,3% mayores que las de 2002, de acuerdo con la Asociaci\u00f3n de Industrias de Semiconductores (SIA) de Estados Unidos. La previsi\u00f3n de crecimiento de las ventas formulada por esta entidad para este a\u00f1o es del 19%. Un mercado atrayente en una actividad cada vez m\u00e1s fundamental.<\/p>\n Los proyectos<\/strong> Aparato y M\u00e9todo para la Cristalizaci\u00f3n de Pel\u00edculas Finas Utilizando un Horno de Microondas Dom\u00e9stico<\/em>
\n<\/strong>Para comprender los avances implicados en las novedades presentadas por los investigadores es necesario ingresar al mundo de los semiconductores y sus componentes. La primera gran muestra de que el nuevo material en forma de pel\u00edculas, denominadas de films finos, a base de titanato de bario y plomo (PbBaTiO3), posee interesantes caracter\u00edsticas como para integrar un dispositivo de memoria computacional reside en su alta constante diel\u00e9ctrica. Cuanto mayor es dicha constante, mayor es la cantidad de electrones que pueden archivarse en la memoria.<\/p>\n
\n<\/strong>Pero los diminutos tama\u00f1os de estos componentes generan otro problema: el supercalentamiento de las capas de \u00f3xido de silicio. La industria productora de esos dispositivos se ha abocado desde hace algunos a\u00f1os a una b\u00fasqueda incesante para que en el futuro se evite en los capacitores diminutos la p\u00e9rdida de corriente el\u00e9ctrica de los circuitos integrados, lo que va en detrimento de la confiabilidad de las computadoras y dem\u00e1s equipos electr\u00f3nicos.<\/p>\n
\n<\/strong>Pero las novedades presentadas por el equipo del profesor Longo no reducir\u00e1n de inmediato la dependencia brasile\u00f1a de la importaci\u00f3n de semiconductores, que en 2003 correspondi\u00f3 a un valor de 1.700 millones de d\u00f3lares de acuerdo con la Asociaci\u00f3n Brasile\u00f1a de Industrias El\u00e9ctricas y Electr\u00f3nicas (Abinee). De dicho total, 1.200 millones de d\u00f3lares se erogaron con compras en pa\u00edses del Sudeste Asi\u00e1tico como Taiw\u00e1n, Singapur y Hong Kong. “Brasil no est\u00e1 en condiciones por s\u00ed solo de erigir f\u00e1bricas de semiconductores, que necesitan de algunos miles millones de d\u00f3lares para su instalaci\u00f3n”, dice Longo. “Pero con nuestro trabajo demostramos que Brasil tiene capacidad para desarrollar innovaciones, al margen de formar personal con excelente calificaci\u00f3n para este sector”.<\/p>\n
\nPel\u00edculas Delgadas para Memorias de Computadoras<\/em>
\nModalidad<\/strong>
\nCentros de Investigaci\u00f3n, Innovaci\u00f3n y Difusi\u00f3n (Cepids)
\nCoordinador<\/strong>
\nElson Longo ? Centro Multidisciplinario para el Desarrollo de Materiales Cer\u00e1micos
\nInversi\u00f3n<\/strong>
\nR$ 1.200.000,00 anual para todo el Cepid<\/p>\n
\nModalidad<\/strong>
\nPrograma de Apoyo a la Propiedad Intelectual
\nCoordinador<\/strong>
\nElson Longo – Centro Multidisciplinario para el Desarrollo de Materiales Cer\u00e1micos
\nInversi\u00f3n<\/strong>
\nR$ 6.000,00<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Investigadores desarrollan nuevos materiales que aumentan hasta 250 veces la memoria de las computadoras con la ayuda de un electrodom\u00e9stico","protected":false},"author":10,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[],"coauthors":[97],"class_list":["post-77960","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/77960","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/10"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=77960"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/77960\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=77960"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=77960"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=77960"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=77960"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}