El progreso en el campo de los circuitos integrados se mide mediante el emparejamiento, excesivo, o quedarse atrás de la tasa establecida por Gordon Moore, ex CEO y cofundador de Intel, quien dijo la cantidad de componentes electrónicos, o transistores, por circuito integrado se duplicaría cada año. Eso fue hace más de 50 años, y sorprendentemente su predicción, ahora llamada Ley de Moore, se hizo realidad.

En años recientes, se pensó que el ritmo se había ralentizado; Uno de los mayores desafíos de poner más circuitos y potencia en un chip más pequeño es controlar el calor.

Un grupo multidisciplinario que incluye a Patrick E. Hopkins, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de Virginia, y Will Dichtel, profesor del Departamento de Química de la Universidad Northwestern, está inventando una nueva clase de material con el potencial de mantener frías las virutas a medida que disminuyen de tamaño, y ayudar a que la Ley de Moore siga siendo cierta. Su trabajo fue publicado recientemente en Materiales de la naturaleza .

Los materiales de aislamiento eléctrico que minimizan la diafonía eléctrica en los chips se denominan dieléctricos "low-k". Este tipo de material es el héroe silencioso que hace posible toda la electrónica dirigiendo la corriente para eliminar la erosión e interferencia de la señal; idealmente, también puede alejar del circuito el calor dañino causado por la corriente eléctrica. El problema del calor se vuelve exponencial a medida que el chip se vuelve más pequeño porque no solo hay más transistores en un área determinada, que genera más calor en esa misma zona, están más juntos, lo que dificulta la disipación del calor.

"Los científicos han estado buscando un material dieléctrico de bajo k que pueda manejar la transferencia de calor y los problemas de espacio inherentes a escalas mucho más pequeñas, ", Dijo Hopkins." Aunque hemos recorrido un largo camino, No se producirán nuevos avances a menos que combinemos disciplinas. Para este proyecto, hemos utilizado investigaciones y principios de varios campos:ingeniería mecánica, química, ciencia de los Materiales, ingeniería eléctrica:para resolver un problema realmente difícil que ninguno de nosotros podría resolver por sí solo ".

Hopkins es uno de los líderes de la iniciativa de integración de materiales multifuncionales de UVA Engineering, que reúne a investigadores de múltiples disciplinas de la ingeniería para formular materiales con una amplia gama de funcionalidades.

"Ver 'mi' problema a través de la lente de otra persona en un campo diferente no solo fue fascinante, también generó ideas que finalmente trajeron avances. Creo que todos tuvimos esa experiencia "dijo Ashutosh Giri, ex científico senior de Ingeniería de la UVA y Ph.D. estudiante en el laboratorio de Hopkins, el co-primer autor en el Materiales de la naturaleza papel y una mecánica, Profesor asistente de ingeniería industrial y de sistemas en la Universidad de Rhode Island.

"El corazón del proyecto fue cuando el equipo químico se dio cuenta de la funcionalidad térmica de su material, comprender una nueva dimensión sobre su trabajo, y cuando el equipo de mecánica y materiales comprendió el nivel de ingeniería molecular posible con la química, "Dijo Giri.

"Estamos tomando láminas de polímero que tienen un solo átomo de espesor, lo llamamos 2-D, y controlamos sus propiedades colocando las láminas en una arquitectura específica, "Dijo Dichtel.

"Nuestros esfuerzos para mejorar los métodos para producir películas de polímeros 2-D de alta calidad permitieron este trabajo colaborativo".

El equipo está aplicando esta nueva clase de material para tratar de cumplir con los requisitos de miniaturización de transistores en un chip denso. Dijo Dichtel.

"Esto tiene un enorme potencial para su uso en la industria de los semiconductores, la industria que fabrica chips. El material tiene baja conductividad eléctrica, o 'bajo-k, 'y alta capacidad de transferencia de calor, " él dijo.

Esta combinación de propiedades fue identificada recientemente por la Hoja de ruta internacional para semiconductores como un requisito previo para los circuitos integrados de próxima generación.

"Para este proyecto, nos estamos centrando en las propiedades térmicas de esta nueva clase de material, que es fantástico, pero aún más emocionante es que solo estamos rascando la superficie, "dijo Austin Evans, un doctorado estudiante en el laboratorio de Dichtel en Northwestern y primer coautor de la Materiales de la naturaleza papel. "El desarrollo de nuevas clases de materiales con combinaciones únicas de propiedades tiene un potencial tecnológico asombroso.

"Ya estamos explorando esta nueva clase de materiales para muchas aplicaciones, por ejemplo, detección química. Podemos usar estos materiales para determinar — 'sentido' - qué sustancias químicas y cuántas de esas sustancias se encuentran en el aire. Esto tiene implicaciones de amplio alcance. Por ejemplo, al conocer los productos químicos en el aire, podemos optimizar el almacenamiento de alimentos, transporte, y distribución para reducir el desperdicio mundial de alimentos. A medida que continuamos explorando, es probable que encontremos aún más rasgos exclusivos de estos nuevos materiales, "Dijo Evans.