Nanocircuitos con tecnología de vanguardia

Por Dalia Patiño González

Puebla, Puebla. 4 de julio de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- El Laboratorio de Diseño y Caracterización de Circuitos y Sistemas que encabeza el doctor Víctor Rodolfo González Díaz, profesor investigador de la Facultad de Ciencias de la Electrónica (FCE) de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), ha construido en dos años de trabajo al menos cuatro prototipos de circuitos integrados completos, el último del orden de 65 nanómetros, un prototipo que tuvo un valor de 350 mil pesos aproximadamente.

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, el doctor González Díaz observó que en nuestro país, hay una gran cantidad de oportunidades para el desarrollo tecnológico a nivel ingeniería, como es el caso de los circuitos integrados, presentes en los dispositivos electrónicos que usamos a diario como teléfonos, computadoras, automóviles, etcétera.

Dr. Victor R. González Díaz.La tendencia, indicó, es integrar la electrónica en otros ámbitos de nuestra vida, como en la conexión de nuestros dispositivos comunes con una red, de ahí la miniaturización de las aplicaciones. En ese sentido, enfatizó que los circuitos integrados son cruciales, una invención o un desarrollo que ha traído una verdadera revolución industrial que domina los mercados del mundo y que está presente en las economías desarrolladas.

“Ahora el problema es que en México no hay una participación importante en la manufactura de circuitos integrados debido a que las compañías siempre buscan una alternativa económica que no les represente un gasto significativo, a pesar de esto necesitan que los trabajadores tengan un entrenamiento especial. Así podríamos pensar que México no tiene oportunidad en esta rama porque le llevan una ventaja de años las economías líderes. Sin embargo, debemos aprovechar que la manufactura no es generalizada, es decir, no todo se elabora en el mismo lugar, sino que se construyen las piezas en diferentes partes del mundo y es ahí donde nuestro país puede aprovechar para destacar en el diseño de circuitos asistidos por computadora”.

Plataforma de primera para diseño de circuitos

En este contexto, para el doctor González Díaz cobró sentido crear un Laboratorio de Diseño y Caracterización de Circuitos y Sistemas que contara con la infraestructura adecuada para que los estudiantes de electrónica de la BUAP puedan posicionarse como ingenieros de diseño de circuitos de alta calidad, con respecto a las tendencias actuales.

Para adquirir equipo óptimo para el Laboratorio de Diseño y Caracterización de Circuitos y Sistemas, se erogaron cinco millones 400 mil pesos, de los cuales 60 por ciento otorgó el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), a través del Programa de Apoyo a la Infraestructura Educativa, además de la Vicerrectoría de Estudios de Posgrado (VIEP) de la BUAP, quien dio el porcentaje restante.

El doctor González Díaz agregó que adicional al equipo adquirido, y con la intención de sustentar el aprendizaje de forma directa de los estudiantes, se apoyan en un software especializado para diseño de circuitos integrados, con una licencia otorgada por la compañía Cadence Design Systems, líder mundial en el desarrollo de software para el diseño asistido por computadora.

Diseño de circuitos

Para que los estudiantes sean capaces de diseñar un circuito a nivel dispositivo, primero son guiados en la parte teórica y después práctica.

“Primero tienen que saber cómo funcionan los dispositivos electrónicos, después evalúan los diferentes tipos de transistores, diodos, resistores, entre otros, a fin de hacer una evaluación a nivel circuital. Una vez evaluados hacemos distintas topologías, por ejemplo, cómo se hace una compuerta digital, compuertas simples, un switch analógico y otros bloques básicos”, refiere el doctor González Díaz, para quien lo fundamental viene en el momento práctico.

Sin embargo, la parte esencial está en el momento de realizar el diseño a través de una simulación eléctrica con el uso de este software, verificando su comportamiento operacional, transitorio, de frecuencia, con la capacidad de migrarlo a un dispositivo, a través de la ejecución de patrones geométricos, es decir, describen físicamente los diferentes componentes, logrando los transistores, las resistencias, pero también otros circuitos más complicados.

“Mediante este sistema, los estudiantes tienen la oportunidad de ser entrenados en el diseño de circuitos de acuerdo con las medidas y modelos a nivel industrial y así es posible generar patrones geométricos o layout, que es la descripción de los circuitos integrados a una escala muy pequeña”, explicó.

El tamaño, relacionado con la velocidad

Por otra parte, la correlación que existe entre el tamaño del dispositivo con la velocidad con que trabaja es una parte fundamental en el momento del diseño. Al respecto, el doctor González Díaz refiere que hace tres décadas las longitudes de los dispositivos eran del orden de 10 micrómetros y no podían operar a una frecuencia mayor a 100 megahertz (MHz); ahora con los nuevos diseños se tiene una dimensión mínima del orden de decenas de nanómetros, lo que implica que pueden operar a frecuencias cercanas a las decenas de gigahertz, por eso entre más pequeño es el dispositivo mayor velocidad tiene.

No obstante, el doctor González Díaz explicó que aunque el tamaño implica mayor velocidad, también conlleva otros problemas como la degradación del dispositivo, ya que tiene una menor transferencia entre las señales de ingreso a la salida, es decir, hay una menor transconductancia de los transistores.

“La transconductancia es una situación límite para nosotros en términos de diseño, es decir, una transconductancia grande implica que puedes tener una gran ganancia, que reduces la cantidad de errores, pero si tienes escala nanométrica, tienes una transconductancia pobre que limita el circuito. Entonces ganas en velocidad, pero pierdes en resolución, por ejemplo. Lo que tienes que hacer es buscar una nueva alternativa, por ejemplo, recientemente diseñamos un convertidor analógico-digital de alta velocidad que compensa los efectos limitantes en tecnologías nanométricas a partir de una idea novedosa, que es el monitoreo de nuestros amplificadores operacionales para buen desempeño con tecnologías nanométricas, una patente que ya está en trámite”.

Por último, el doctor Víctor González Díaz dijo que lo más importante del laboratorio que dirige es la participación de los estudiantes y las ideas que se generan para la creación de nuevos circuitos, obteniendo así desde nivel licenciatura la capacitación para trabajar en esta área en cualquier empresa del mundo.

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