Oficina de Vinculación

Desarrollo y prueba de dispositivos electrónicos de alta velocidad en el INAOE

Santa María Tonantzintla, Puebla, a 30 de agosto de 2016. Si bien en nuestro país hay poca infraestructura para desarrollar la tecnología de frontera en electrónica que apunta hacia la miniaturización de los dispositivos hasta los impensables diez nanómetros, sí se cuenta con laboratorios y equipos que permiten a los jóvenes estudiantes conocer el proceso completo para fabricar chips, probarlos y medirlos, y con las alianzas académicas para que realicen estancias en algunos de los institutos más avanzados en todo el orbe.

En el Laboratorio de Altas Frecuencias del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) se realizan pruebas y mediciones a nivel macroscópico y microscópico de los dispositivos electrónicos más avanzados, desde algunos nanómetros en chips semiconductores hasta los centímetros en tarjetas de cómputo. El laboratorio está dotado con analizadores de redes, un crióstato, un magnetómetro y una estación de pruebas para obleas, además de una cámara anecoica. Asimismo, tiene contacto permanente con otras instituciones como el Centro Interuniversitario de Microelectrónica (IMEC) de Bélgica para convenios de colaboración e intercambio de estudiantes de posgrado.

Imagen de una oblea. Foto: archivo INAOE.

Así lo informan el Dr. Reydezel Torres Torres, investigador de la Coordinación de Electrónica del INAOE, y el Dr. Víctor Hugo Vega González, joven investigador mexicano del IMEC.

El Dr. Reydezel Torres Torres, quien es responsable del Laboratorio, comenta que gran parte de la electrónica se aplica en el desarrollo de soluciones para problemas prácticos en comunicaciones, salud, seguridad, cómputo, entretenimiento, etcétera. "Para hacer un teléfono celular o una consola de videojuegos se requieren muchos componentes, los principales son los microprocesadores que comúnmente llamamos microchips, y que contienen elementos muy pequeños que son los transistores, interconexiones y otros dispositivos semiconductores. En este laboratorio hacemos las mediciones y pruebas a los componentes que permiten desarrollar los sistemas electrónicos avanzados. En el INAOE hacemos toda la electrónica: a nivel semiconductor y a nivel tarjeta madre. Y en la parte de semiconductores nos apoyamos mucho en IMEC porque ellos tienen acceso a semiconductores más avanzados".

El Dr. Torres apunta que actualmente las dimensiones características de los dispositivos son de entre 30 y 45 nanómetros y ya hay investigación para reducirlas hasta en diez nanómetros. "En un dispositivo, entre más corta sea la distancia que viaja la corriente eléctrica de un punto a otro, más rápida será la respuesta. En el INAOE tenemos capacidad de hacer tecnología en 500 nanómetros, pero lo interesante es que nuestro laboratorio puede ser utilizado por estudiantes que pueden aprender todo el proceso, y pueden ir a empresas para trabajar en tecnologías más avanzadas. En el Laboratorio de Microelectrónica hacemos chips, los empaquetamos, y después los pegamos en tarjetas, otras las hacen estudiantes en empresas en Estados Unidos donde tenemos convenios".

El laboratorio cuenta con equipo de punta para realizar mediciones y pruebas. Foto: archivo INAOE.

El Dr. Torres subraya: "Aquí hacemos dispositivos semiconductores, que son la materia prima con la que se hace un chip, pero hay que acondicionarlo. Cada chip se mete en un empaquetado que lo mantiene fijo, esto se llama chip semiconductor empaquetado y luego se colocan en una tarjeta de circuito impreso, todo esto se hace aquí. En la fase de investigación hacer chips avanzados es muy costoso".

Por su parte, el Dr. Víctor Hugo Vega agrega: "Los electrónicos trabajan con obleas que contienen un gran número de chips. En los laboratorios avanzados se utilizan obleas muy grandes para fabricar chips de manera que estos sean homogéneos, que la funcionalidad de los componentes sea la misma, que respondan a los mismos estímulos, que en la temperatura se comporten igual. La variabilidad entre obleas es mayor que la variabilidad entre los chips en la misma oblea. Entre más chips puedas meter en una oblea mayor número de chips similares, casi idénticos, vas a poder obtener, cosa que es benéfica. Un dispositivo electrónico es un compendio de interfaces de usuario, de partes que procesan la información y de otras que interactúan con el usuario como un celular, la pantalla, la microprocesador, la antena, la batería".

El Dr. Víctor Hugo Vega, quien es egresado del INAOE, trabaja actualmente en el IMEC en Bélgica. El IMEC se fundó a principios de los ochenta en el seno de la Universidad Católica de Leuven, y actualmente es un centro de investigación independiente que desarrolla tecnología de punta y trabaja en la solución de problemas prácticos de la industria, con patrocinios de empresas como Samsung, Intel, Globalfoundries y National Instruments. "En mi grupo tenemos una amplia perspectiva de todo lo que está pasando, estoy en el grupo de integración y eso es lo que hace, integra todas las etapas del proceso, hay expertos en cada área y nosotros damos seguimiento a todas y vemos que cada paso en el proceso de fabricación sea compatible y eso es interesante porque tenemos acceso a mucha información de cómo se fabrica todo. Al final de cuentas debemos estar al pendiente porque somos los principales responsables del resultado. Ahora tenemos la idea de empezar un vínculo con el INAOE para colaborar, lo cual empezó hace un año con el primer estudiante que fue a mi grupo en el IMEC, Fabián Zárate. Otra estudiante, Gabriela Méndez, acaba de empezar una estancia doctoral. La idea sería formalizar esto con el tiempo y empezar a dar frutos en el futuro cercano".

El Dr. Reydezel Torres Torres, del INAOE, y el Dr. Víctor Hugo Vega, del IMEC. Foto: archivo INAOE.

El Dr. Torres abunda: "En el grupo en el que trabaja Víctor se necesita gente talentosa, y él ahora ve que hay oportunidad de llevar estudiantes para exponerlos a las nuevas tecnologías, que van a tener acceso a cuartos limpios de última generación y a aprender mucho. Nosotros en el INAOE también tenemos laboratorios con algunos de los equipos más avanzados del mundo. Tenemos buen equipo y ellos nos mandarán muestras para su análisis y nosotros también vamos a intercambiar información, lo que beneficia a todos".

Para concluir, ambos investigadores utilizan una interesante analogía: "Imagina la electrónica como si fuera el telégrafo: antes los telegrafistas apretaban un botón para mandar un mensaje que podía viajar una gran distancia. El telegrafista podía apretar el botón cuatro o cinco veces por segundo. La electrónica de ahora es lo mismo, sólo que ya no hay botones. Lo que permite mandar el mensaje son los transistores que puedes imaginar como botoncitos. Con un transistor puedes apretar el botón miles de millones de veces en un segundo. Por eso hablamos de alta frecuencia, que está íntimamente relacionada con la velocidad. La electrónica se sigue tratando de eso: generas un mensaje de la misma forma en que el telegrafista lo generaba, lo mandas a través de un cable y lo recuperas en otro lado. Cuántos telegrafistas puedes poner en chip: caben como cinco mil millones de transistores en una pulgada cuadrada y se pueden apretar todos al mismo tiempo con gran velocidad. Nosotros nos aseguramos de que esos cables de telégrafo que están ahí adentro sean óptimos y que se envíe la mayor cantidad de información posible".