El ingeniero eléctrico Stefanos Andreou construyó un sensor con una precisión extraordinaria de menos del tamaño de un átomo.

Para hacer computadoras más rápidas, necesitas chips más pequeños. El candidato a doctorado nacido en Chipre Stefanos Andreou construyó un sensor con el que se pueden medir deformaciones que miden menos del ancho de un átomo. El fabricante de maquinaria de chips ASML puede utilizar esta tecnología para mejorar la precisión de sus máquinas.

Usando las últimas máquinas de ASML, Se pueden producir chips de computadora cuyos detalles no miden más que un puñado de nanómetros. No es un logro menor si se considera que un millón de nanómetros caben en un solo milímetro. Los circuitos eléctricos de un chip como este se producen mediante litografía:se graba un patrón en una rodaja de silicio con la ayuda de luz ultravioleta. Dado que la producción de chips requiere el apilamiento de múltiples patrones uno encima del otro, el posicionamiento de la rodaja de silicio (más conocida como oblea) es una cuestión de gran precisión.

Incluso la más mínima deformación de las obleas causa problemas, explica el candidato a doctorado Stefanos Andreou. "Estas obleas son bastante rígidas, pero debido a que se mueven a gran velocidad, están sujetos a fuerzas G que los deforman ligeramente. La medición de esta deformación le da a ASML la oportunidad de compensarla de una u otra manera, y abre la posibilidad de producir chips aún más pequeños ". Esto llevó al chipriota a dedicar su trabajo de doctorado al diseño de un sensor especial, a base de fibra de vidrio, capaz de medir estas deformaciones de aproximadamente un nanómetro por metro.

Precisión extraordinaria

La idea detrás de este sensor súper preciso es que las desviaciones en la frecuencia de la luz láser se pueden medir con una precisión extraordinaria, un principio que se aplica en lo que se conoce como una rejilla de fibra de Bragg, una especie de fibra de vidrio tratada de tal manera que se vuelve opaco para un color muy específico (léase:frecuencia) de luz. Esta frecuencia de resonancia, como se la denomina, depende del grado de estiramiento de la fibra.

Como consecuencia, una rejilla de fibra de Bragg (FBG), aplicado a las partes móviles en la máquina de viruta, se puede utilizar como medida de la deformación de la oblea, explica Andreou. Asistido por el estudiante de maestría Roel van der Zon, él mismo ahora un Ph.D. candidato en Valencia, Andreou probó un sistema de medición basado en este tipo de sensor FBG en el laboratorio. "En la práctica, ASML necesitaría docenas de estos sensores, pero eso no es problema:se pueden producir de forma económica y no pesan casi nada ".

El candidato a doctorado desea señalar que la precisión que lograron de 5 nanómetros por metro significa que en el propio sensor —de apenas unos centímetros de longitud— se puede medir una deformación de un par de docenas de picómetros. "¡Eso es menos que el diámetro de un átomo!" Antes de que se pudiera lograr este improbable nivel de precisión, sin embargo, hubo que resolver una serie de problemas.

Temperatura

Primeramente, Se necesitaban sofisticadas técnicas de estabilización para garantizar que la luz láser utilizada, generada por un chip fotónico producido por Smart Photonics, un derivado del grupo de investigación de Integración Fotónica donde Andreou llevó a cabo su investigación, tenía exactamente la frecuencia correcta. Pero quizás el mayor desafío fue el hecho de que la frecuencia de resonancia del sensor depende no solo de la deformación, pero también la temperatura. "Ese efecto es mucho mayor, "explica Andreou." Cuando la temperatura cambia en una milésima de grado Celsius, provoca una desviación en la medida equivalente a diez nanómetros de deformación por metro ".

Para compensar las inevitables fluctuaciones de temperatura, Andreou dividió la luz láser utilizada para la medición en dos componentes:"Para cada uno de estos componentes, o estados de polarización, la fibra muestra una relación diferente entre la temperatura y la frecuencia de resonancia ". Esto anula el efecto de la temperatura, lo que permite determinar la deformación con mucha precisión. Aproximadamente diez veces más preciso de lo que solía ser posible, según el estudiante de doctorado. "Y una vez que el sistema esté completamente optimizado, debería ser posible mejorar eso ".

Pero el propio chipriota ya no se centra en este desafío; ahora trabaja como postdoctorado en TU Delft. "ASML entregó algunos de los equipos utilizados en mi proyecto y ahora está en marcha un proyecto de seguimiento con ASML. Así que mi trabajo se está construyendo".