Predecir la resistividad de los nano instrumentos mediante simulación

Circuito integrado donde se aprecian defectos en la deposición de las capas de aluminio
La resistividad eléctrica pone un freno a la velocidad máxima de los circuitos. En los circuitos eléctricos y electrónicos, esto es un problema evidente cuanto más alta es la escala de integración (esto es, el número de transistores por cada chip). En el caso de circuitos a nanoescala ocurre exactamente lo mismo. De hecho, un circuito a nanoescala es lo mismo que un circuito impreso usual (eso si, de las más altas escalas de integración), ya que el término nano se refiere tan sólo al tamaño tanto de los componentes. El énfasis de la nanotecnología aplicada a la electrónica se centra en mejorar las etapas de fabricación, para eliminar los riesgos de errores, pérdidas de potencia por presencia de impurezas o defectos en la fabricación, y por tanto aumento notable de la eficiencia de los circuitos (que afectaría positivamente en el consumo y la disipación). Pero esto es otro tema.

El caso es que investigadores del NIST y de la Universidad George Washington han desarrollado un simulador que permite predecir con bastante exactitud esos incrementos en la resistividad, utilizando modelos igual de precisos que otros métodos. Este simulador puede ayudar a la industria a diseñar y efectuar pruebas de nuevos dispositivos semiconductores más eficientemente y reduciendo espectacularmente los costes.

Como todos sabemos, el campo eléctrico generado entre dos puntos de un circuito induce un movimiento en las cargas (electrones) que es lo que da lugar a la electricidad. Lo cierto es que incluso a temperatura ambiente hay pequeñas corrientes eléctricas en cualquier metal, ya que la temperatura ambiente es capaz de extraer electrones del seno de los átomos. En un gran trozo de cobre sin impurezas, un electrón puede “avanzar” libremente una distancia de unos 39 nanómetros después de ser arrancado del átomo por la simple vibración térmica de los átomos de cobre.

Cuando reducimos la escala de fabricación del cable de cobre, éste ya no es de una extensión infinita para el electrón, sino que presenta ciertas irregularidades en su superficie y en los bordes que tienen un efecto no deseado en la resistividad del material: incrementar su valor. O sea que al electrón le cuesta más alcanzar esos 39 nanómetros, o dicho de otro modo, es necesaria más energía para lograr ese movimiento. De ahí el aumento de consumo asociado.

El simulador que nos ocupa permite estudiar esos efectos que aumentan la resistividad del material, y los investigadores lo han utilizado para demostrar que, a nanoescala, los efectos de las rugosidades y los efectos de borde que hacen más dificil el movimiento de los electrones son interdependientes. Estas interdependencias no podían ser predichas utilizando métodos anteriores, así que el desarrollo de este simulador supondrá un avance espectacular en las tecnologías de fabricación, y en el aumento de la calidad de los futuros circuitos integrados, reduciéndo el consumo de potencia y la fiabilidad de los mismos.

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