Cuando los
transistores comenzaron a desbancar a los
tubos de vacío en la mayoría de los circuitos electrónicos, el material
que se empleaba para construirlos era el
germanio.
No mucho tiempo después comenzó a utilizarse el silicio, cuyo costo,
características y abundancia lo hacían mucho más interesante. El
silicio es el elemento mas abundante en la corteza terrestre (27,7%) después del oxigeno.
Su uso en la
electrónica se debe a sus características de
semiconductor.
Esto significa que, dependiendo de que materiales se le agreguen
(dopándolo) puede actuar como “conductor” o como un “aislador”.
Durante los últimos 40 años, este modesto material ha sido el motor que
impulsa la revolución microelectrónica. Con el silicio se han construido
incontables generaciones de
circuitos integrados y
microprocesadores,
cada una reduciendo el tamaño de los transistores que lo componen.
Puestos a hablar de tamaños, en la superficie de un glóbulo rojo
podríamos acomodar casi 400 transistores. O, ya que estamos, se pueden
poner unos 30 millones
sobre la cabeza de un alfiler. Es decir, son pequeños de verdad.
Pero ¿Cómo es posible fabricar algo tan pequeño? El proceso de
fabricación de un microprocesador es complejísimo, y apasionante. Todo
comienza con un buen puñado de arena (compuesta básicamente de silicio),
con la que se fabrica un monocristal de unos 20 x 150 centímetros. Para
ello, se funde el material en cuestión a alta temperatura (1370º C) y
muy lentamente (10 a 40 mm por hora) se va formando el cristal.
De este cristal, de cientos de kilos de peso, se cortan los extremos y
la superficie exterior, de forma de obtener un cilindro perfecto. Luego,
el cilindro se corta en obleas (wafer) de menos de un milímetro de
espesor, utilizando una sierra de diamante. De cada cilindro se obtienen
miles de wafers, y de cada oblea se fabricarán varios cientos de
microprocesadores.
Estas obleas son pulidas hasta obtener una superficie perfectamente
plana, pasan por un proceso llamado “annealing, que consiste en un
someterlas a un calentamiento extremo para remover cualquier defecto o
impureza que pueda haber llegado a esta instancia. Luego de una
supervisión mediante láseres capaz de detectar imperfecciones menores a
una milésima de micrón, se recubren con una capa aislante formada por
óxido de silicio transferido mediante deposición de vapor.
De aquí en más, comienza el proceso del “dibujado” de los transistores
que conformarán a cada microprocesador. A pesar de ser muy complejo y
preciso, básicamente consiste en la “impresión” de sucesivas máscaras
sobre el wafer, que son endurecidas mediante luz ultravioleta y atacada
por ácidos encargados de remover las zonas no cubiertas por la
impresión. Salvando las escalas, se trata de un proceso comparable
al visto para la fabricación de circuitos impresos.
Cada capa que se “pinta” sobre el wafer permite o bien la eliminación de
algunas partes de la superficie, o la preparación para que reciba el
aporte de átomos (aluminio o cobre, por ejemplo) destinados a formar
parte de los transistores que conformaran el microprocesador.
Dado el pequeñismo tamaño de los transistores “dibujados”, no puede
utilizarse luz visible en este proceso. Efectivamente, la longitud de
onda de la luz visible (380 a 780 nanómetros) es demasiado grande. Los
últimos procesadores de cuatro núcleos de Intel están fabricados con un
proceso de 45 nanómetros, empleando una radiación ultravioleta de
longitud de onda más pequeña.
Un transistor construido en tecnología de 45 manómetros tiene un ancho
equivalente a unos 200 electrones. Eso da una idea de la precisión
absoluta que se necesita al momento de aplicar cada una de las mascaras
utilizadas durante la fabricación.
Una vez que el wafer ha pasado por todo el proceso litográfico, tiene
“grabados” en su superficie varios cientos de microprocesadores, cuya
integridad es comprobada antes de cortarlos. Se trata de un proceso
obviamente automatizado, y que termina con un wafer que tiene grabados
algunas marcas en el lugar que se encuentra algún microprocesador
defectuoso.
La mayoría de los errores se dan en los bordes del wafer, dando como
resultados chips capaces de funcionar a velocidades menores que los del
centro de la oblea. Luego el wafer es cortado y cada chip
individualizado. En esta etapa del proceso el microprocesador es una
pequeña placa de unos pocos milímetros cuadrados, sin pines ni capsula
protectora.
Todo este trabajo sobre las obleas de silicio se realiza en “clean
rooms” (ambientes limpios), con sistemas de ventilación y filtrado
iónico de precisión, ya una pequeña partícula de polvo puede malograr un
procesador. Los trabajadores de estas plantas emplean trajes estériles
para evitar que restos de piel, polvo o pelo se desprendan se sus
cuerpos.
Cada una de estas plaquitas será dotada de una capsula protectora
plástica (en algunos casos pueden ser cerámicas) y conectada a los
cientos de pines metálicos que le permitirán interactuar con el mundo
exterior. Cada una de estas conexiones se realiza utilizando
delgadísimos alambres, generalmente de oro. De ser necesario, la capsula
es dotada de un pequeño disipador térmico de metal, que servirá para
mejorar la transferencia de calor desde el interior del chip hacia el
disipador principal. El resultado final es un microprocesador como el
que equipa nuestro ordenador.
Todo el proceso descrito demora dos o tres meses en ser completado, y de
cada cristal de silicio extrapuro se obtienen decenas de miles de
microprocesadores. La diferencia astronómica entre el costo de la
materia prima (básicamente arena) y el producto terminado
(microprocesadores de cientos de dólares cada uno) se explica en el
costo del proceso y la inversión que representa la construcción de la
planta en que se lleva a cabo.
