III Congreso Nacional de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones
(CONIET 2009)
¿Micro o Nano?
¿Qué Dirección Tomar?
Dr. Julien Noel
Viernes, 4 de Diciembre 2009
RESUMEN
•
•
•
•
¿Qué son la microtecnología y la nanotecnología?
¿Qué impulsa estas tecnologías?
La microtecnología ha muerto: ¡Viva la nanotecnología!
¿Cuáles son los avances y limitaciones de estas
tecnologías?
• Investigación y desarrollo industrial
• Conclusiones
Definición
• La microtecnología es la tecnología que
nos permite fabricar cosas en la escala del
micrón.
• La nanotecnología es el estudio,
diseño, creación, síntesis,
manipulación y aplicación de
materiales, aparatos y sistemas
funcionales a través del control de
la materia a nano escala, y la
explotación de fenómenos y
propiedades de la materia a nano
escala.
¿Qué es la microtecnología?
• En los anos 50’s, se realizaron importantes avances en microtecnologías y
el mas significativo fue la invención del transistor.
• Las tecnologías de fabricación fueron impulsadas par el auge de la
industria de los circuitos integrados y de los Sistemas Micro Electro –
Mecánicos (MEMS).
• Los Sistemas Micro Electro – Mecánicos:
•
– Se refieren a la tecnología electromecánica, micrométrica y sus productos, y a
escalas
más pequeñas (escala nanométrica, NEMS).
Apollo
chip - relativamente
1964
45nm a
Penryn
–3 transistores
La tecnología de sensores ha hecho progresos significativosIntel
debido
los - 2007
410 millón transistores
MEMS
(complejidad,
rendimiento
y
precisión).
El potencial de las máquinas muy pequeñas fue apreciado mucho antes de
que existiera la tecnología que pudiera construirlas (1959, R. Feynman
"Hay mucho espacio en lo pequeño“).
• El éxito de esta tecnología es que ha ofrecido soluciones innovadoras y
con las I + D la nanotecnología se ha desarrollado.
¿Qué es la nanotecnología?
• Esta tecnología no es nueva, pero la presente es la combinación de las
tecnologías existentes y de nuestra capacidad de encontrar y crear nuevos
aparatos para observar y manipular a la escala atómica, esta es la razón
que hace tan atractiva la nanotecnología de parte de los científicos, de los
negocios y del punto de vista de los políticos.
• Científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y
sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas, y cuando se
manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas,
demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas.
Lagarto - Geico
nanotubos de carbón
Los aceros de Damasco, fotos de los aceros
e imágenes de microscopía electrónica.
¿Qué impulsa estas tecnologías?
• I + D se dirige hacia la comprensión y
la creación de nuevos dispositivos y
sistemas que aprovechan los
conocimientos de las nuevas
propiedades de los materiales.
• Mejorar el rendimiento y la
funcionalidad de los materiales y
nuevos dispositivos en el mercado
(más ligeros, más fuertes, más
inteligentes, más baratos, más
limpios y más precisos)
• Industria de los semiconductores:
La Ley de Moore - cada 18 a 24
meses se duplica el número de
transistores en un circuito integrado.
Un campo multidisciplinario
Química
Física
Medicina
Ciencia de
los
Materiales
Ing.
Mecánica
Ing.
Electrónica
Biología /
Macro y
Nano
tecnologías
Informática
La microtecnología ha muerto:
¡Viva la nanotecnología!
• Nazario Martín León, El País-Futuro, 18/01/06:
(Presidente de la Real Sociedad Española de Química y Catedrático de la Universidad Complutense de Madrid),
– Reflexión sobre la microtecnología y la nanotecnología, afirmando que es de
suponer que en los próximos años esta segunda, la nanotecnología, desplace
a la primera.
– “Comenzaré disculpándome por la provocación del titulo de este artículo y
corrigiendo su exagerada inexactitud, dado que la denominada
microtecnología no sólo no ha muerto, sino que goza de excelente salud,
siendo la responsable de la mayoría de los avances más espectaculares
sucedidos en los últimos años y, por tanto, del bienestar del que disfruta hoy
nuestra sociedad.”
La microtecnología ha muerto:
¡Viva la nanotecnología!
– “¿Qué hay entonces de nuevo en estas
denominadas nanociencia y nanotecnología? La
respuesta hay que buscarla, como viene
sucediendo a lo largo del desarrollo de la ciencia,
en el avance de la tecnología actual. ”
• Disposición de equipos avanzados (AFM, STM, SEM…)
que permiten ver y manipular los átomos.
• Conocimiento de nuevas propiedades que no posee el
material macroscópico.
– “Ahora toca a nuestras instituciones apoyar
decididamente esta aventura científica mediante
inversiones específicas y creación de la
infraestructura necesaria.”
• Todo este avance tecnológico es origen de una
nueva revolución científica
¿Cuáles son los avances de estas
tecnologías?
• La miniaturización:
– Aumento de la velocidad.
– Aumento de la densidad de
funciones.
– Disminución del costo por función.
– Consumo de potencia
¿Cuáles son los avances de estas
tecnologías?
Procesador
4004
8008
8080
8086
286
386
486DX
Pentium
Pentium II
Pentium III
Pentium4
Año
1971
1972
1974
1978
1982
1985
1989
1993
1997
1999
2002
Nº de Transistores
2.250
3.500
6.000
29.000
134.000
275.000
1.200.000
3.100.000
7.500.000
28.000.000
55.000.000
Tecnología
(micras)
10
10
6
3
1.5
1
0.8
0.8
0.35
0.18
0.13
• Los procesadores Intel® Atom™ de 45 nm
contienen 47 millones de transistores en un
mismo chip.
• El procesador SRAM de Intel® de 32nm tiene
mas de 1.9 miles de millones de transistores.
45 nm transistor model
¿Cuáles son las limitaciones de estas
tecnologías?
• Algunos aspectos limitantes en la industria de los
semiconductores:
–
–
–
–
el tamaño en Si
los nuevos materiales
la complejidad de fabricación
el costo de la tecnología
• Actualmente la miniaturización parece estar alcanzado un
nivel tal que resulta difícil seguir disminuyendo mucho
más el tamaño de los transistores
• ¿Estaremos llegado al fin de la Ley de Moore?
¿Cuál es el futuro de estas
tecnologías?
• Aplicaciones de la nanotecnología
–
–
–
–
–
Sensores
Nanomateriales
Nanoelectrónica
Bienes de consumo
Medicina
¿Cuál es el futuro de estas
tecnologías?
• Ciencia ficción que ya es realidad: Prótesis a control
mental
• Tecnología que devuelve al usuario parte de la
sensibilidad perdida en los dedos.
• Cómo funciona:
– Unos microsensores en el dedo de la mano artificial asumen la
tarea que cumplen los receptores naturales de la piel.
– En sustitución de las fibras de los nervios, cables eléctricos
transmiten de forma digital la información sobre temperatura,
vibración y presión.
– Para que el cerebro comprenda los mensajes eléctricos que
recibe, estos son convertidos previamente por un microchip
en los estímulos correspondientes.
El Comercio:
Sábado 28 de Noviembre 2009
Investigación y desarrollo industrial
Región
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
EU
126
151
179
200
225
400
650
950
1050
1150
1500
Japon
120
135
157
245
465
720
800
900
950
980
980
Usa
116
190
225
270
464
697
862
989
1200
1351
1354
Otros
70
83
96
110
380
550
800
900
1000
1200
2500
Total
432
559
687
825
1534
2367
3112
3739
4200
4681
6334
% of 1997
100%
129%
159%
191%
355%
547%
720%
866%
972%
1083%
1475%
Estimada de la inversión en I & D en la nanotecnología 1997 -2007 (millones de dólares / año)
Los países como China, India y Brasil son muy activos en el desarrollo de la nanotecnología
Investigación y desarrollo industrial
• Estudios, conocimientos y base
de datos de los nanomateriales.
• Desarrollo de nuevas maquinas
para manipular nanomateriales
o átomos.
• Nuevos dispositivos que están
usando todos estos nuevas
propiedades de los materiales
Nuevas tecnologías del siglo XXI
•
•
Estamos en la sociedad del conocimiento y algunos grandes
avances, nuevos inventos y descubrimientos progresarán
exponencialmente.
Las diez tecnologías avanzadas que cambiarán el mundo (según el
MIT, Technology Review MIT )
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Redes de sensores sin cables (Wireless Sensor Networks)
Ingeniería inyectable de tejidos (Injectable Tissue Engineering)
Nano-células solares (Nano Solar Cells)
Mecatrónica (Mechatronics)
Sistemas informáticos Grid (Grid Computing)
Imágenes moleculares (Molecular Imaging)
Litografía Nano-impresión (Nanoimprint Lithography)
Software fiable (Software Assurance)
Glucomicas (Glycomics)
Criptografía Quantum (Quantum Cryptography)
Conclusiones
• La microtecnología y nanotecnología son inherentemente un
campo interdisciplinario (física, química, biología, medicina e
ingeniería).
• Los últimos años fueron importantes para estas tecnologías
pero los siguientes serán mas importantes para adelantar y
desarrollar esos campos.
• Los gobiernos y las compañías están invirtiendo mucho dinero
en I & D.
• El desarrollo de los productos industriales ha mejorado los
conocimientos de los científicos y también tiene un impacto
económico en la sociedad y en la educación.
• Estas tecnologías son dependientes, y una no puede funcionar
o no tiene aplicaciones si la otra.
Gracias por su tiempo
Referencias:
intel.com
euroresidentes.com
ibm.com
ti.com
nsf.gov/
nano.gov/
ieee.com
cnf.cornell.edu/
nanotechnologydevelopment.com
nanotech-now.com
memsjournal.com
nanotechwire.com
web.mit.edu
sandia.gov
elcomercio.com.pe
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Introducción a la Nanotecnología y Electrónica