¿Por qué la litografía de los chips se mide en nanómetros?

¿Por qué la litografía de los chips se mide en nanómetros?

Rodrigo Alonso

Seguramente os habréis fijado en el hecho de que cuando se habla de litografías o procesos de fabricación de chips, incluyendo procesadores, se habla de nanómetros a la hora de determinar sus dimensiones. En este artículo vamos a explicaros por qué se utiliza esta unidad de medida y no otra a la hora de referirse a los transistores de los chips que utilizamos en nuestra vida cotidiana, y vamos a realizar una vista retrospectiva para que podáis haceros una idea de cómo de pequeño o grande es uno de estos famosos nanómetros.

Como bien sabréis, los chips que componen el interior de los procesadores están conformados en su mayoría por transistores de tamaño microscópico, y son tan pequeños que tenemos que medirlos en nanómetros. Pero antes de poner esto en perspectiva, vamos a ver por qué surgió la necesidad de utilizar una medida tan pequeña.

La nanolitografía y el uso de los nanómetros

Nanotecnología, nanométrica, nanobots… hoy en día el prefijo nano- se utiliza tan frecuentemente que ya es algo cotidiano, y es que de hecho es así porque precisamente para incorporar tantos miles de transistores dentro de un chip se utiliza una técnica llamada nanolitografía. Del griego, la palabra se puede dividir en tres partes: «nano» que significa enano, «lito» que significa piedra y «grafía» que significa escribir, así que de manera literal nanolitografía significa «escritura enana en piedra». Pero, ¿por qué?

El campo de la nanolitografía nació de la necesidad de incrementar el número de transistores en un circuito integrado para mantener viva la archiconocida Ley de Moore. Si bien las técnicas litográficas existen desde finales del siglo XVIII, ninguna se aplicó a estructuras a nanoescala hasta mediados de la década de 1950, y por ese motivo hoy en día la palabra ha evolucionado para abarcar el diseño de estructuras en el rango de 10−9 a 10−6 metros.

Transistor

Con la evolución de la industria de los semiconductores, se disparó la demanda de técnicas capaces de producir estructuras a micro y nanoescala. La fotolitografía se aplicó a estas estructuras por primera vez en 1958, comenzando la era de la nanolitografía y con ella la necesidad de empezar a medir las magnitudes en nanómetros. Desde entonces, la fotolitografía se ha convertido en la técnica de mayor éxito comercial capaz de producir patrones de menos de 100 nm.

¿Cómo de pequeño es un nanómetro?

Cuando hablamos de unidades de medida, las más comunes son sin duda los kilómetros, los metros, los centímetros y los milímetros. Esto es normal si tenemos en cuenta que un ser humano mide algo más de un metro y medio de media, o que nuestro cerebro mide entre 13 y 17 centímetros de largo, mientras que incluso algo tan pequeño como una mosca puede medir entre 5 y 8 milímetros. Sin embargo, para medidas más pequeñas que esto se nos puede hacer un poco complicado de imaginar, máxime si os decimos que un nanómetro equivale a 0,000000001 metros, o 10−9 m.

Atomos-transistor-16-nm-FinFET

Sigamos reduciendo las magnitudes: los ácaros del polvo, que ya no podemos ver a simple vista, miden entre 0,2 y 0,5 milímetros de largo, mientras que un cabello tiene un grosor de en torno a 80 micrómetros (0,08 milímetros). Pero eso es todavía muchísimo más grande que un nanómetro, así que seguimos bajando y tenemos que, por ejemplo, los glóbulos rojos que tenemos en la sangre miden entre 5 y 7,5 micrómetros, o incluso las bacterias tienen una longitud que va desde 0,5 a 5 micrómetros.

Mucho más tenemos que reducir el tamaño para toparnos con los virus, cuya escala parte ya de los 100 nanómetros por fin. Una dimensión que a los aficionados del hardware nos parece habitual e incluso demasiado grande dados los tiempos que corren son los 10 nm, que es precisamente lo que miden las proteínas, o los lípidos miden unos 5 nanómetros. Si bajamos a una escala de 1 nanómetro tenemos lo que mide, aproximadamente, una cadena de ADN.

Daos cuenta de la magnitud que estamos manejando aquí: los transistores que se están utilizando en los procesadores actuales que utilizamos a diario tienen un tamaño solo un poco mayor que el ADN, y es que para que os hagáis una idea si se consiguiera reducir todavía más el tamaño y llegar a 0,1 nanómetros estaríamos hablando ya de escala atómica, y no nanométrica.

Como ya supondréis, el manejar nanómetros para la fabricación de chips es todo un prodigio y comprenderéis que cada vez sea más complicado y caro el poder manejar tales dimensiones.