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Microelectrónica y nanoelectrónica

Ilustración de una placa de circuito impreso compuesta por componentes electrónicos a escala micrométrica y nanométrica.

La microelectrónica y la nanoelectrónica son subcampos de la electrónica en los que los tamaños nominales de los componentes electrónicos oscilan entre 100 y 0,1 micras de magnitud (microelectrónica) o 100 nanómetros o menos (nanoelectrónica). La potencia de almacenamiento en memoria de los avanzados dispositivos electrónicos actuales se ha logrado aumentando de manera significativa la densidad de los microchips. Al reducir el tamaño de los transistores de efecto de campo, pueden caber más componentes en los circuitos integrados, lo que permite dispositivos electrónicos más potentes y eficientes energéticamente con pesos y consumo de energía reducidos.

Según la ley de Moore, el número de transistores que puedan colocarse en un único chip se duplicaría cada dos años. Desde que se estableció en 1965, la tecnología de fabricación de semiconductores mantuvo este ritmo de avance y revolucionó la industria. Sin embargo, el ritmo de la reducción de las dimensiones se está ralentizando, y el reto clave en la fabricación de componentes electrónicos en la gama de submicras es el diseño de la puerta del transistor, que controla el flujo de corriente en el canal. Cuanto más pequeños sean los componentes electrónicos, más difícil será su fabricación. Los efectos físicos y cuánticos alteran las propiedades de los materiales desde una macroescala hasta una nanoescala, influyendo en las interacciones interatómicas y en las propiedades mecánicas cuánticas.

La llegada de materiales innovadores, nanotubos de carbono, nanotubos de nitruro de boro, puntos cuánticos y aditivos de grafeno, han promovido la minimización de la nanotecnología y la microtecnología. Estos y otros materiales nuevos pueden moldearse y manipularse con una precisión extraordinaria en las escalas más pequeñas. Las nuevas tecnologías permiten la deposición y la estratificación de los materiales electrónicos con un grosor preciso, incluso hasta el nivel atómico. En la tecnología de fabricación de semiconductores de película fina se utilizan materiales conductores, semiconductores y aislantes para proporcionar capacidades avanzadas a grandes volúmenes y muy bajo coste. Los métodos modernos de fabricación en nanoelectrónica son las técnicas de modelado (litografía), grabado, depósito de película fina y dopaje.

Los campos de investigación emergentes se centran en nuevos enfoques en nanotecnología y efectos mecánicos cuánticos. En la electrónica molecular se utilizan moléculas individuales como componentes electrónicos para establecer contacto eléctrico con electrodos de gran tamaño. La espintrónica, o electrónica de transporte de espín, manipula la propiedad espín de los electrones con campos magnéticos y eléctricos, lo que produce una corriente de espín polarizada que proporciona mayores velocidades de transferencia de datos y mayor capacidad de almacenamiento, densidad de memoria y potencia de procesamiento de lo que es posible con una carga eléctrica sola.


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