Instituto de Microelectrónica

Así es el santuario tecnológico que tiene Barcelona: dentro se forjan chips para viajar al espacio y al interior de las células

Fabrica desde circuitos integrados hasta chips fotónicos y cuánticos

En la Sala Blanca del IMB CNM se desarrollan microchips y nanodispositivos de alta precisión.

En la Sala Blanca del IMB CNM se desarrollan microchips y nanodispositivos de alta precisión. / César Hernández

Sabela Rey Cao / CSIC Comunicación

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Cerca de Barcelona hay un santuario tecnológico donde se forjan objetos de una pureza extrema. En su interior el aire es extremadamente limpio. Sus trabajadores operan cubiertos con trajes especiales. La temperatura, la humedad y la presión se mantienen constantes para proteger sus ‘joyas’: microchips y nanodispositivos de una precisión extrema, que van a viajar al espacio o a introducirse en las conexiones neuronales del cerebro y en el interior de las células.

Es la ‘Sala Blanca de Micro y Nanofabricación’ del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM), del CSIC, "una infraestructura excepcional”, según su director, Luis Fonseca. “Destaca en el sur de Europa en su categoría por sus dimensiones (1.500 metros cuadrados), su versatilidad (tecnologías en silicio, carburo de silicio, etcétera) y su flexibilidad tecnológica, siendo la mejor equipada, con cerca de 200 equipos”, agrega.

En estas instalaciones, situadas en el campus de la Universitat Autònoma de Barcelona (Cerdanyola del Vallès), se diseñan y fabrican dispositivos y sistemas electrónicos con capacidad para gestionar información o mantener una interacción físico-digital con su entorno. El objetivo es desarrollar y aplicar tecnologías innovadoras en el campo de la microelectrónica junto con otras micro y nanotecnologías emergentes.

“Abarcamos desde las tecnologías asentadas en el campo de los semiconductores y la micromecanización del silicio, hasta las nuevas, como circuitos fotónicos, dispositivos cuánticos, nanohilos de silicio y materiales de una sola capa atómica (materiales bidimensionales)”, enumera Fonseca.

En los últimos años hemos logrado algunos hitos, como la fabricación de nanochips para el estudio de células vivas y de componentes adaptados a las condiciones hostiles de las misiones en el espacio, como los que ahora van camino de Mercurio (BepiColombo) y del Sol (SolarOrbiter), creados ad hoc, o los que orbitan la Tierra orientando los satélites de la constelación One Web”, detalla.

Dispositivos para conocer el cerebro

El IMB-CNM tiene la capacidad de diseñar y fabricar hardware específico capaz de adquirir y procesar grandes volúmenes de datos. “Hemos desarrollado nuevos detectores de radiación para los aceleradores del experimento Atlas, en el CERN (con el que el instituto colabora desde hace más de veinte años), que permiten obtener un gran número de canales de detectores de partículas”, indica Fonseca.

Los dispositivos de la Sala Blanca también se utilizan para conocer el cerebro. “Hemos desarrollado interfases neuronales (dentro del proyecto europeo BrainCom) basadas en transistores de grafeno que, mediante el uso de técnicas de multiplexación, son capaces de aumentar los canales de registro sin incrementar el número de conexiones”, explica el director. Los circuitos integrados diseñados en el IMB-CNM han permitido procesar grandes volúmenes de información de la actividad cerebral.

Chips desarrollados en el IMB-CNM.

Chips desarrollados en el IMB-CNM. / Joan Costa

Fonseca subraya que estas tecnologías están consolidadas y tienen mucho recorrido para afrontar los retos actuales, como los nuevos diseños de procesadores europeos de arquitectura RISC-V que busca paliar la dependencia tecnológica europea (dentro del proyecto Drac).

La fotónica es la gran promesa de la última década como tecnología habilitadora, con potencial para aplicaciones que todavía están por inventarse. La ciencia y tecnología de la luz estudia la generación, manipulación y detección de los fotones, partículas que pueden usarse como portadoras de información.

Esta tecnología está presente en muchas aplicaciones relacionadas con el procesamiento de la información, como las telecomunicaciones por fibra óptica, la impresión láser, los sensores, las pantallas, la iluminación inteligente o los sistemas fotovoltaicos.

“Al igual que la microelectrónica transformó el mundo tecnológico del siglo XX, la fotónica es la tecnología mejor posicionada para continuar su labor en el mundo digital del siglo XXI”, señala Carlos Domínguez, investigador del IMB-CNM y responsable de la plataforma SiN Photonics.

Infraestructura de vanguardia

“Los circuitos fotónicos integrados permitirán un avance espectacular en la computación cuántica, las comunicaciones cuánticas y los sensores cuánticos”, explica.

Otra de las líneas clave es el desarrollo de dispositivos electrónicos que funcionen con un mínimo consumo de energía, concretamente mediante la aplicación de métodos avanzados de nanofabricación.

Sala Blanca del Instituto de Microelectrónica de Barcelona.

Sala Blanca del Instituto de Microelectrónica de Barcelona. / Joan Costa

El IMB-CNM participa en el establecimiento de una línea piloto de fabricación de dispositivos cuánticos compatibles con el estándar CMOS en la Sala Blanca, que llevará a la realización del primer cúbit (qubit o bit cuántico) semiconductor de España. Un cúbit es el análogo cuántico del bit clásico, con la particularidad que representa una combinación de dos estados, dando lugar a un aumento exponencial en la capacidad de computación.

“El objetivo es disponer de una plataforma asequible de dispositivos cuánticos que permita investigar tanto en soluciones tecnológicas para mejorar las prestaciones de los dispositivos, como nuevos conceptos de dispositivos y sus aplicaciones”, aclara Francesc Pérez-Murano, investigador en el IMB-CNM.

El instituto también trabaja en las capacidades de micro y nanoprocesado a través de la producción de dispositivos basados en materiales avanzados o funcionalidades superconductoras. Las aplicaciones cuánticas incluyen procesadores escalables y sensores ultrasensibles.

Buscamos desarrollos basados en el magnetismo de materiales nanoestructurados como alternativa segura y energéticamente eficiente a la gestión de información basada en electrónica convencional”, explica Gemma Rius, investigadora del IMB-CNM.

En conjunto, la Sala Blanca del IMB ofrece una infraestructura de vanguardia para impulsar el desarrollo de dispositivos que permitirán el despegue de tecnologías disruptivas, como la fotónica y la computación cuántica, que serán clave en la sociedad digital del futuro.

Web de la 'Sala Blanca' del IMB-CNM: https://www.imb-cnm.csic.es/es/sala-blanca-de-micro-y-nanofabricacion