La incorporación de nanoláseres en forma directa sobre superficies de silicio permitirá desarrollar nuevos microprocesadores, dotados de mayor eficacia y rapidez. Se trata de un avance concretado por ingenieros de la Universidad de California, Berkeley, que alcanzaría múltiples aplicaciones en el terreno de los sensores bioquímicos, la ciencia de materiales, la optoelectrónica y la física óptica, entre otras especialidades.
El trabajo de investigación es desarrollado en un artículo de la revista especializada Nature Photonics, publicado en su edición online del 6 de febrero. Además, también se describe en una nota de prensa de la Universidad de California, Berkeley. El líder del grupo de ingenieros que llevó adelante este trabajo es Connie Chang-Hasnain, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en la UC Berkeley.
Según explican los especialistas, las mayores exigencias de rendimiento a la que están sometidos los diferentes dispositivos electrónicos han propiciado el desarrollo de nuevas investigaciones, que buscan formas renovadas de aprovechar la capacidad de las partículas de luz para transportar datos de forma más efectiva que las señales eléctricas.
Es así que las interconexiones ópticas son vistas actualmente como una solución para superar el cuello de botella que supone en el campo de las comunicaciones el empleo de los chips tradicionales en ordenadores. Asimismo, estos desarrollos significarían nuevos avances en el terreno de la ciencia de los materiales y en dispositivos bioquímicos, entre otras áreas relacionadas.
Sin prescindir del silicio
En principio, se ha optado en otras investigaciones por reemplazar el silicio como material base de la electrónica moderna por otra clase de materiales conocidos como III-V. El propósito era emplear estos materiales como semiconductores para crear componentes basados en la luz, como diodos emisores de luz (LED) y láseres.
Sin embargo, la relación entre los materiales III-V y el silicio para crear chips optoelectrónicos no ha sido aún demasiado fructífera. Los ingenieros de UC Berkeley explicaron que este diseño es posible, pero que a la vez resulta muy complejo porque el material se daña en el proceso.
Al mismo tiempo, se sabe que la industria se mueve actualmente en torno a la producción de materiales basados en silicio, por lo tanto más que reemplazar el silicio por dispositivos desarrollados con materiales III-V, el grupo de ingenieros se ha centrado en crear una opción que pueda incorporarse a la infraestructura ya existente.
Como la infraestructura en torno a la electrónica basada en el silicio es extremadamente difícil de cambiar, ya sea por razones económicas o tecnológicas, la compatibilidad de los nuevos desarrollos con el silicio resulta fundamental. Además, el propósito era vencer las altas temperaturas (superiores a los 700 grados centígrados) registradas en los semiconductores III-V, que tradicionalmente han impedido su uso en dispositivos electrónicos.
Barreras superadas
Los investigadores de UC Berkeley han superado estas limitaciones, gracias al hallazgo de una forma innovadora para producir nanopilares de arseniuro de indio y galio, un material III-V, sobre una superficie de silicio a una temperatura de 400 grados centígrados, notoriamente menor a la registrada en otras investigaciones con este tipo de semiconductores.
De esta manera, trabajando a nivel de nanoescala han logrado aprovechar las condiciones de materiales III-V de alta calidad, manteniendo bajas temperaturas y logrando conservar la funcionalidad de la electrónica de silicio. Asimismo, la técnica empleada para desarrollar los nanopilares en el silicio puede ser utilizada comercialmente en forma masiva.
Se trata de la deposición de vapor químico metálico-orgánico, una metodología que ya se emplea actualmente para producir células solares de película fina y diodos emisores de luz. Al mismo tiempo, otro de los resultados positivos de la investigación es que la geometría hexagonal de la estructura cristalina de nanopilares crea una nueva cavidad eficiente, que permite atrapar la luz.
La conclusión más importante que puede obtenerse de esta investigación es que los nanoláseres que se desarrollan directamente sobre superficies de silicio podrían desembocar en trascendentes avances en el campo de la fotónica de silicio de alta eficiencia, uno de los objetivos superadores en el terreno de la informática, la electrónica y áreas relacionadas. Esta investigación ha recibido el apoyo de la Defense Advanced Research Projects Agency y del National Security Science and Engineering Faculty Fellowship, perteneciente al Departamento de Defensa de los Estados Unidos.