Nuevo avance en chips fotónicos

Científicos estadounidenses de la Universidad Berkeley en California, liderados por la profesora Connie Chang-Hasnain,  desarrollaron un método que permite crear nanoláseres directamente sobre una oblea de silicio. Se trata de un gran avance, que allana el camino hacia una nueva clase de chips más veloces y eficaces. En ellos, el intercambio de datos entre sus componentes se realizará mediante interconexiones ópticas -basadas en la luz- en reemplazo de la de electricidad. ¿Los chips fotónicos están cada día más cerca?

Los científicos están buscando la forma de mejorar el rendimiento y velocidad de los chips que impulsan la industria informática.  La creciente demanda de rendimiento en el campo de la electrónica en general y de la informática en particular han llevado a los investigadores a buscar la forma de utilizar la luz en lugar de la corriente eléctrica como transporte de datos en el interior de los chips. Varios equipos alrededor del mundo trabajan en el desarrollo de tecnologías que permitan crear “chips fotónicos”  que utilicen fotones en lugar de electrones para hacer su magia, circuitos integrados que en teoría son capaces de funcionar a velocidades mucho más altas que los tradicionales.

El equipo estadounidense de la Universidad Berkeley California acaba de publicar un articulo en la revista Nature Photonics en el que da cuenta del desarrollo de una técnica que permite construir  nanoláseres directamente sobre las obleas de silicio que -desde hace décadas- se emplean en la fabricación de circuitos integrados. El equipo ha sido dirigido por la profesora Connie Chang-Hasnain, quien declaró que este avance  “repercutirá en un amplio abanico de tecnologías, incluidas la ciencia de materiales, la tecnología de transistores, la fabricación de láseres, la optoelectrónica y la física óptica”. La posibilidad de crear dispositivos láser directamente sobre el silicio posibilitará la creación de microprocesadores y chipsets en los que el intercambio de datos se basará en la luz en lugar de electricidad. Este aumento de velocidad podría resolver los “cuellos de botella” -cada vez más preocupantes- que aparecen en los microprocesadores multinúcleo.

El tipo de silicio dopado que se utiliza en la construcción de chips es muy deficiente a la hora de generar luz, así que los investigadores de Berkeley utilizaron otro tipo de materiales -conocidos como “III-V” por la posición que estos elementos ocupan en la tabla periódica- en su proyecto. Los materiales III-V son  bien conocidos, ya que se emplean en la fabricación de diodos emisores de luz (LED). Lamentablemente, no resulta sencillo colocar estos componentes sobre chips, ya que las estructuras atómicas de estos materiales y el silicio son incompatibles. Por ejemplo, los componentes basados en materiales III-V se fabrican a temperaturas cercanas a los 700 grados centígrados, un nivel de calor capaz de destruir cualquier circuito electrónico basado en silicio. Chang-Hasnain tenía bien claro que toda la industria electrónica actual se basa en el silicio, y que el costo de convertir las plantas de fabricación para que fuesen capaces de trabajar con otros materiales tendría un costo demasiado alto, así que concentró sus esfuerzos en buscar la forma de hacer crecer nanopilares de arseniuro de indio-galio –InGaAs, un material del grupo III-V- sobre la superficie del silicio a una temperatura lo suficientemente baja -menor a 400 grados centígrados- como para no destruir los componentes del chip. Y lo logró.

“Se trata de una técnica factible de ser aplicada en masa, ya que no difiere sustancialmente del sistema que se utiliza comercialmente para producir células solares de capa delgada y diodos LED”, explica Chang-Hasnain. Los investigadores del equipo demostraron que los láseres construidos con este sistema son capaces de generar luz láser en el infrarrojo cercano -con una longitud de onda de 950 nanómetros- a temperatura ambiente. Las nanoestructuras construidas sobre el silicio poseen una estructura cristalina con geometría hexagonal que proporciona una adecuada cavidad óptica capaz de emitir luz de una forma muy eficiente. Estos nanopilares son -en algunos casos- más pequeños que la longitud de onda de la luz emitida, lo que permite incluirlos en espacios muy pequeños. Además, consumen muy poca energía, lo que los convierte en candidatos ideales para ser incorporados en los circuitos de interconexión óptica.  Roger Chen, miembro del equipo de Berkeley, dice que “esta técnica proporcionará una nueva forma de fabricar dispositivos nanofotónicos, tales como láseres, fotodetectores, moduladores  y células fotoeléctricas”. Si están en lo cierto, este trabajo hará realidad los “chips fotónicos”, produciendo una revolución en la electrónica.