domingo, 30 de mayo de 2010

Photovoltaic OLEDs: The Lightbulb Combines with the Solar Panel


oled

Organic LEDs take electricity and convert it directly into light, a wonderful and useful purpose that we have great hopes for.  But what if the process could run both ways.  Sometimes the OLED turns electricity into light, and other times it turns light into electricity.  It's basically the same thing, just backwards, right?

Well, apparently, it is possible, as scientists and engineers at Cornell have done it!  These have all the wonderful properties of OLED's, they're flexible, they produce a lot of light per watt, and they can be mass produced inexpensively.  But also, when exposed to bright light, the reaction is reversed, and a current flows out of the OLED instead of into it.

So now, OLEDs can be both an energy collector and a light emitter, depending on the needs of the consumer.  Imagine your cell phone's backlight collecting energy from ambient light when not in use.  Or your windows collecting energy during the day and then producing light at night. 

Soon, OLEDs may offer both low-cost lighting and low-cost energy production.  A paper on this subject was just published in the journal Science, in which the Cornell researchers recognized that they needed to discover ways to make the photovoltaic reaction more efficient before it can be mass produced. 
Publicado por: Karla Velasquez

Avances en chips de láser de silicio. Chips de láser de silicio autoalimentados

Según un artículo publicado el 6 de julio de 2006 en Technology Review, un nuevo método que convierte el calor residual en energía eléctrica podría aumentar la velocidad de las comunicaciones en el interior de los ordenadores.

Un científico informático de UCLA ha transformado un componente de un láser de silicio que consume energía en un generador de energía. "No sólo no desperdiciamos energía sino que, en realidad, la recuperamos" afirma Bahram Jalali, profesor de ingeniería eléctrica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Henry Samueli de UCLA.

A medida que los fabricantes de chips añaden más y más transistores a los chips de silicio, se acercan a un límite fundamental: la cantidad de información que puede salir de ese chip o pasar de una placa base a otra, a través de los cables de cobre. Cuanto más aumentan la energía y la cantidad de información, mayor es la resistencia eléctrica, hasta que los cables alcanzan su límite de velocidad.

Las empresas de telecomunicaciones resolvieron este problema hace años sustituyendo, en las comunicaciones a larga distancia, los cables de cobre por rayos de luz que se desplazan a través de fibra óptica. Ahora, algunos fabricantes de chips, como Intel, están desarrollando versiones diminutas de estos sistemas mucho más rápidos, aprovechando la enorme capacidad de transporte de las ondas de luz, que no se ven afectadas por la resistencia eléctrica.

Hace dos años, Jalali logró un gran avance al fabricar un láser hecho de silicio; un año después, Intel continuó su trabajo y realizó una versión mejorada de su láser, así como un modulador para codificar las señales en el interior del haz de luz (véase "Intel's Breakthrough", julio de 2005). Así nació el campo de la fotónica de silicio. Pero el problema estaba en que, tanto Jalali como Intel, necesitaron disparar un láser externo contra el silicio para lograr el efecto láser.

Para resolver este problema, Intel añadió un diodo eléctrico con el que hacía pasar una corriente por el chip y, básicamente, "aspiraba" los electrones, pero para ello necesitaba alrededor de 1 vatio de energía eléctrica y, además, al pasar por el chip, la corriente producía un calor residual que podía dañarlo y hacer que dejase de funcionar.

Jalali probó entonces a invertir la polarización del diodo, lo cual invierte también el campo eléctrico en el silicio, y como resultado observó que la polarización invertida seguía extrayendo los electrones libres, pero sin consumir ese vatio de energía. Según él, es posible recuperar alrededor de dos tercios de la potencia óptica que se perdía al generar los electrones y reutilizarla para hacer funcionar los transistores del chip.

Jalali, cuyo trabajo ha sido financiado en el marco de un programa de DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) para el avance de la fotónica del silicio, ha dado a conocer sus resultados en un congreso celebrado en Canadá la semana pasada.
Según Mario Paniccia, director del Laboratorio de tecnología fotónica de Intel, el trabajo de Jalali es una muestra de que la fotónica del silicio está cada vez más cerca de ser práctica.

Intel está trabajando en un programa para desarrollar varios componentes clave de un sistema de fotónica del silicio, entre los que se incluyen no sólo las fuentes de luz, sino también moduladores para añadir una señal, amplificadores ópticos para amentarla, fotodetectores, etc. Paniccia espera que el trabajo del laboratorio se pueda traducir en productos reales para el 2010.


Publicado por: Karla Velasquez

En 2010 llegarán al mercado las bombillas de silicio


foco.jpgIngenieros canadienses han desarrollado una tecnología que permitirá fabricar, a partir de 2010, bombillas que duran 20 años y consumen el 90% menos de energía que las bombillas actuales. Las futuras bombillas no usan gas ni filamentos, sino microprocesadores de silicio para obtener luz. Sus inventores esperan revolucionar un mercado que mueve 12.000 millones de dólares anuales y reducir drásticamente el consumo mundial de electricidad. Estas bombillas se pueden tocar, aunque están encendidas, sin llegar a quemarse.
La compañía canadiense Group IV Semiconductor Inc. ha desarrollado una tecnología revolucionaria que a partir de 2010 permitirá fabricar bombillas que duran 20 años y consumen un 90% menos de energía que las bombillas actuales.
Esta tecnología tiene además un rendimiento más alto que el de las bombillas de bajo consumo. En el desarrollo de este proyecto participan, además de Group IV, EnCana Corporation y Sustainable Development Technology Canada (SDTC).
La bombilla de luz incandescente apenas ha cambiado desde que fue inventada hace más de 100 años. Cada vez se ha vuelto más eficiente, se han conseguido mejorar sus propiedades en la lámpara halógena y han aparecido propuestas más ecológicas que permiten el ahorro de energía, pero aún se puede hacer mucho más.
Actualmente, las bombillas de luz incandescente constan de un filamento de tungsteno muy fino, encerrado en una ampolla de vidrio en la que se ha hecho el vacío o que ha sido rellenado con un gas inerte para evitar que el filamento se volatilice por las altas temperaturas que puede alcanzar.
Pero estas lámparas incandescentes, a pesar de ser de las más populares por su bajo coste y su color de luz, sólo convierten en luz visible un 15% de la energía consumida, por lo que su eficiencia resulta muy baja.
Limitaciones de las lámparas de bajo consumo
Hoy existen asimismo bombillas de bajo consumo, también fluorescentes, que duran 15 años y consumen cinco veces menos energía que las clásicas bombillas incandescentes. Y aunque su utilización está bastante extendida, todavía no ha sido asimilada completamente debido a ciertas limitaciones.
Estas lámparas de bajo consumo, por ejemplo, necesitan un tiempo para alcanzar la intensidad de luz que pueden emitir, lo que es un problema cuando se necesita usar poco tiempo (por ejemplo para subir una escalera).
Por otro lado, estas lámparas de bajo consumo no se pueden tirar a la basura porque contienen polvos fluorescentes y un gas de vapor de mercurio que la convierten en un producto de desecho delicado. Finalmente, el rendimiento cromótico de estas lámparas es menor que el de una bombilla incandescente, que tiene un espectro de luz más completo.
Reducir el consumo eléctrico mundial
La nueva tecnología es algo completamente innovador, ya que lo que ha conseguido es pasar la corriente a través del silicio para producir luz. Dado que la casi totalidad de la energía es convertida en luz en vez de en calor, esta tecnología permite a las bombillas que se fabriquen con este sistema consumir la décima parte de la energía consumida por las bombillas tradicionales y durar mucho más tiempo.
Esta bombilla revolucionaria utiliza semiconductores en vez de gas (como lo hacen los fluorescentes actuales) o filamentos, que es lo que utilizan las bombillas incandescentes. La nueva bombilla, según sus creadores, permitirá reducir el consumo de la energía a nivel mundial, informa el SDTC en un comunicado.
El objetivo de sus creadores es que el precio de estas bombillas permita la generalización de su uso, y que sean compatibles con las instalaciones que usamos en la actualidad. Group IV aspira con ellas a revolucionar el mercado global de la iluminación, estimado en 12.000 millones de dólares.
Beneficios del silicio
Con una inversión total de más de nueve millones de dólares, la bombilla de silicio conseguirá un ahorro de electricidad que, sólo en Toronto, será de casi el doble de lo que se gasta anualmente en los hogares de esta ciudad.
Por otro lado, las nuevas bombillas tendrían una duración potencial de 50.000 horas, frente a las 1.000 de las bombillas incandescentes y las 5.000 de los fluorescentes; y una calidad y cantidad de luz excelentes.
Asimismo, se podrán aprovechar las instalaciones corrientes que hoy usamos para otros tipos de bombillas, y tendrán un coste de fabricación más bajo que otras soluciones gracias al uso del silicio.
Y, como no se calentarán al encenderlas, la iluminación por semiconductores podría resultar muy útil en aquellos lugares en los que el calor no conviene, como las vitrinas de exposición o los congeladores.
Además, al ser muy leve la disipación en calor de la energía, las bombillas se podrían tocar sin peligro de quemarse, aunque estén encendidas.
Antecedentes: diodo LED
Aunque el comunicado de SDTC no lo especifica, aparentemente la bombilla de silicio tiene su antecedente en el diodo LED (acrónimo inglés de Light-Emitting Diode), un dispositivo semiconductor que emite luz policromática. Los diodos LED se emplean actualmente en todo tipo de indicadores de estado (encendido/apagado) en dispositivos de señalización (de tráfico, de emergencia, etc.) y en paneles informativos. También se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal líquido de teléfonos móviles, calculadoras, agendas electrónicas, etc., así como en bicicletas y usos similares.
El uso de lámparas LED en el ámbito de la iluminación presenta indudables ventajas, particularmente su larga vida útil, su menor fragilidad y la menor disipación de energía, además de que, para el mismo rendimiento luminoso, producen la luz de color, mientras que los hasta ahora utilizados, tienen un filtro, lo que reduce notablemente su rendimiento.

Publicado por: Karla Velasquez

Fwd: ¿Sabes que son los O.L.E.D (Diodos Orgánicos Emisores de Luz)?




Prototipo de pantalla OLED de 3,8cm de diagonal


Estructura basica de un OLED


Crean unas pantallas electrónicas que podrían revolucionar la iluminación
Una delgada película de plástico, que conduce la electricidad y genera energía solar, podría constituir la base de una revolución en el modo en que se iluminan nuestros hogares y se diseña la ropa.
Un proyecto de investigación internacional, financiado en parte por la Unión Europea, ha empezado a estudiar formas de producir OLED («diodos orgánicos emisores de luz») en masa, dispositivos que podrían tener repercusiones tecnológicas muy profundas, pues entre otras cosas podrían hacer posibles aparatos de iluminación más eficientes.
Como estos dispositivos son delgados y flexibles, se podría incorporar iluminación y pantallas electrónicas a cualquier material, de tal forma que la ropa y los embalajes podrían mostrar información electrónica.
Estos dispositivos ofrecen gran variedad de usos, desde sistemas de iluminación mucho más eficientes que las bombillas actuales hasta prendas de ropa cuyo color cambie con tan sólo pulsar un botón, o latas de cerveza que informen de los últimos resultados futbolísticos.
En la actualidad los OLED se utilizan como pantalla de algunos teléfonos móviles y reproductores de MP3, pero no son suficientemente fiables para pantallas más grandes, como las de una televisión o un ordenador, puesto que dejan de funcionar tras pocos meses.
Sin embargo, ahora, el proyecto Modecom (Modelling Electroactive Conjugated Materials at the Multiscale, o «Modelación de materiales con jugados electroactivos a multiescala»), de tres años de duración, va a investigar la ciencia que posibilita estos dispositivos poliméricos con vistas a que resulte rentable producirlos para su comercialización masiva.
Según la Dra. Alison Walker, de la Universidad de Bath y coordinadora del proyecto, «se trata de un proyecto de largo plazo. Vamos a experimentar, hacer mediciones y comprobar la eficiencia de estos dispositivos, pero por ahora es complicado apreciar con claridad lo que ocurre. En este proyecto nos proponemos esclarecer el panorama, valiéndonos de modelos computerizados para desarrollar la teoría.»
«Es esencial que alcancemos el objetivo de fabricar dispositivos baratos, eficientes y de larga duración, hay que hacer todo lo posible por reducir nuestros costes energéticos», aseguró.
Los OLED aprovechan el descubrimiento de que algunos polímeros tienen la insólita propiedad de transformar la electricidad en luz o viceversa, según se diseñe el dispositivo.
El polímero en cuestión está hecho a partir de cadenas de moléculas y se llama orgánico por su contenido en carbono. Los electrones y huecos inyectados en la película de polímeros forman estados ligados llamados excitones que se rompen al someterlos a corriente eléctrica, proceso durante el que emiten luz.
Este proyecto comenzará utilizando una técnica matemática llamada «análisis de Montecarlo», en la que se utilizan números aleatorios generados por ordenador para trazar las trayectorias de los electrones, los huecos y los excitones a medida que se desplazan a lo largo de dicha película.
Posteriormente se usarán los resultados para calcular cómo influyen en el rendimiento del dispositivo la estructura química y las impurezas. Los químicos implicados en Modecom emplearán entonces estos datos para diseñar materiales más eficientes y duraderos.
El consorcio se compone de trece grupos de nueve universidades y dos empresas. Tres grupos proceden del Reino Unido, seis de los Estados Unidos, y los cuatro restantes de China, Bélgica, Italia y Dinamarca.

Publicado por: Karla Velasquez

Fwd: ¿Sabes que son los O.L.E.D (Diodos Orgánicos Emisores de Luz)?




Prototipo de pantalla OLED de 3,8cm de diagonal


Estructura basica de un OLED


Crean unas pantallas electrónicas que podrían revolucionar la iluminación
Una delgada película de plástico, que conduce la electricidad y genera energía solar, podría constituir la base de una revolución en el modo en que se iluminan nuestros hogares y se diseña la ropa.
Un proyecto de investigación internacional, financiado en parte por la Unión Europea, ha empezado a estudiar formas de producir OLED («diodos orgánicos emisores de luz») en masa, dispositivos que podrían tener repercusiones tecnológicas muy profundas, pues entre otras cosas podrían hacer posibles aparatos de iluminación más eficientes.
Como estos dispositivos son delgados y flexibles, se podría incorporar iluminación y pantallas electrónicas a cualquier material, de tal forma que la ropa y los embalajes podrían mostrar información electrónica.
Estos dispositivos ofrecen gran variedad de usos, desde sistemas de iluminación mucho más eficientes que las bombillas actuales hasta prendas de ropa cuyo color cambie con tan sólo pulsar un botón, o latas de cerveza que informen de los últimos resultados futbolísticos.
En la actualidad los OLED se utilizan como pantalla de algunos teléfonos móviles y reproductores de MP3, pero no son suficientemente fiables para pantallas más grandes, como las de una televisión o un ordenador, puesto que dejan de funcionar tras pocos meses.
Sin embargo, ahora, el proyecto Modecom (Modelling ElectroactiveConjugated Materials at the Multiscale, o «Modelación de materialesconjugados electroactivos a multiescala»), de tres años de duración, va a investigar la ciencia que posibilita estos dispositivos poliméricos con vistas a que resulte rentable producirlos para su comercialización masiva.
Según la Dra. Alison Walker, de la Universidad de Bath y coordinadora del proyecto, «se trata de un proyecto de largo plazo. Vamos a experimentar, hacer mediciones y comprobar la eficiencia de estos dispositivos, pero por ahora es complicado apreciar con claridad lo que ocurre. En este proyecto nos proponemos esclarecer el panorama, valiéndonos de modelos computerizados para desarrollar la teoría.»
«Es esencial que alcancemos el objetivo de fabricar dispositivos baratos, eficientes y de larga duración, hay que hacer todo lo posible por reducir nuestros costes energéticos», aseguró.
Los OLED aprovechan el descubrimiento de que algunos polímeros tienen la insólita propiedad de transformar la electricidad en luz o viceversa, según se diseñe el dispositivo.
El polímero en cuestión está hecho a partir de cadenas de moléculas y se llama orgánico por su contenido en carbono. Los electrones y huecos inyectados en la película de polímeros forman estados ligados llamados excitones que se rompen al someterlos a corriente eléctrica, proceso durante el que emiten luz.
Este proyecto comenzará utilizando una técnica matemática llamada «análisis de Montecarlo», en la que se utilizan números aleatorios generados por ordenador para trazar las trayectorias de los electrones, los huecos y los excitones a medida que se desplazan a lo largo de dicha película.
Posteriormente se usarán los resultados para calcular cómo influyen en el rendimiento del dispositivo la estructura química y las impurezas. Los químicos implicados en Modecom emplearán entonces estos datos para diseñar materiales más eficientes y duraderos.
El consorcio se compone de trece grupos de nueve universidades y dos empresas. Tres grupos proceden del Reino Unido, seis de los Estados Unidos, y los cuatro restantes de China, Bélgica, Italia y Dinamarca.

Publicado por: Karla Velasquez

¿Sabes que son los O.L.E.D (Diodos Orgánicos Emisores de Luz)?


Prototipo de pantalla OLED de 3,8cm de diagonal


Estructura basica de un OLED


Crean unas pantallas electrónicas que podrían revolucionar la iluminación
Una delgada película de plástico, que conduce la electricidad y genera energía solar, podría constituir la base de una revolución en el modo en que se iluminan nuestros hogares y se diseña la ropa.
Un proyecto de investigación internacional, financiado en parte por la Unión Europea, ha empezado a estudiar formas de producir OLED («diodos orgánicos emisores de luz») en masa, dispositivos que podrían tener repercusiones tecnológicas muy profundas, pues entre otras cosas podrían hacer posibles aparatos de iluminación más eficientes.
Como estos dispositivos son delgados y flexibles, se podría incorporar iluminación y pantallas electrónicas a cualquier material, de tal forma que la ropa y los embalajes podrían mostrar información electrónica.
Estos dispositivos ofrecen gran variedad de usos, desde sistemas de iluminación mucho más eficientes que las bombillas actuales hasta prendas de ropa cuyo color cambie con tan sólo pulsar un botón, o latas de cerveza que informen de los últimos resultados futbolísticos.
En la actualidad los OLED se utilizan como pantalla de algunos teléfonos móviles y reproductores de MP3, pero no son suficientemente fiables para pantallas más grandes, como las de una televisión o un ordenador, puesto que dejan de funcionar tras pocos meses.
Sin embargo, ahora, el proyecto Modecom (Modelling ElectroactiveConjugated Materials at the Multiscale, o «Modelación de materialesconjugados electroactivos a multiescala»), de tres años de duración, va a investigar la ciencia que posibilita estos dispositivos poliméricos con vistas a que resulte rentable producirlos para su comercialización masiva.
Según la Dra. Alison Walker, de la Universidad de Bath y coordinadora del proyecto, «se trata de un proyecto de largo plazo. Vamos a experimentar, hacer mediciones y comprobar la eficiencia de estos dispositivos, pero por ahora es complicado apreciar con claridad lo que ocurre. En este proyecto nos proponemos esclarecer el panorama, valiéndonos de modelos computerizados para desarrollar la teoría.»
«Es esencial que alcancemos el objetivo de fabricar dispositivos baratos, eficientes y de larga duración, hay que hacer todo lo posible por reducir nuestros costes energéticos», aseguró.
Los OLED aprovechan el descubrimiento de que algunos polímeros tienen la insólita propiedad de transformar la electricidad en luz o viceversa, según se diseñe el dispositivo.
El polímero en cuestión está hecho a partir de cadenas de moléculas y se llama orgánico por su contenido en carbono. Los electrones y huecos inyectados en la película de polímeros forman estados ligados llamados excitones que se rompen al someterlos a corriente eléctrica, proceso durante el que emiten luz.
Este proyecto comenzará utilizando una técnica matemática llamada «análisis de Montecarlo», en la que se utilizan números aleatorios generados por ordenador para trazar las trayectorias de los electrones, los huecos y los excitones a medida que se desplazan a lo largo de dicha película.
Posteriormente se usarán los resultados para calcular cómo influyen en el rendimiento del dispositivo la estructura química y las impurezas. Los químicos implicados en Modecom emplearán entonces estos datos para diseñar materiales más eficientes y duraderos.
El consorcio se compone de trece grupos de nueve universidades y dos empresas. Tres grupos proceden del Reino Unido, seis de los Estados Unidos, y los cuatro restantes de China, Bélgica, Italia y Dinamarca.

Publicado por: Karla Velasquez

Proyecto de alumbrado público mediante LEDs

(NC&T) Investigadores de la Universidad de Manchester han aunado esfuerzos con técnicos de la empresa Dialight Lumidrives para desarrollar módulos de iluminación LED potentes y de bajo costo que puedan ser usados en grandes recintos y en vías públicas.

Los académicos de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica que participan en el proyecto recurrirán a su experiencia para investigar la forma de hacer que los módulos integrados por muchos LEDs agrupados en un espacio muy reducido puedan funcionar de manera segura y eficaz.

Los sistemas de iluminación por LEDs tienen el potencial de reducir el consumo de energía entre un 25 y un 50 por ciento, dependiendo de la aplicación.

La tecnología de los LEDs conquistó el sector de los displays de aparatos electrónicos a partir de los años setenta, pero ahora estamos al inicio de una nueva revolución, con cada vez más LEDs siendo usados en semáforos y en luces de automóviles.

Mientras el vapor de sodio de alta presión, de uso común en el alumbrado público de gran parte de Europa, brinda una eficiencia de 85 lumens por vatio, la tecnología LED va camino de superar los 150 lumens por vatio y esta última cifra se está incrementando a medida que se progresa en el desarrollo de semiconductores. Por otra parte, el mercurio utilizado en sistemas más antiguos de alumbrado implica peligros medioambientales.

Al mismo tiempo que se disminuye el consumo de energía y los costos generales de operación, la iluminación por LEDs en las calles tiene el potencial, según los investigadores, de reducir la contaminación lumínica hasta el punto de que el resplandor que emana de las grandes ciudades propagándose hasta vastas distancias, será cosa del pasado. Los científicos también estudian dotar a la iluminación callejera por LEDs de medios por los cuales pueda ser controlada y disminuida cuando se considere necesario.

Gracias a su mayor longevidad, los LEDs de farolas y semáforos necesitarán ser reemplazados con menos frecuencia, lo que potencialmente disminuirá los problemas de tráfico y las facturas de las entidades públicas locales.

La longevidad del módulo de LEDs propuesto supera las 50.000 horas si se utiliza para el alumbrado callejero, aproximadamente 4 veces más que la iluminación pública convencional.

Publicado por: Karla Velasquez

Nuevos semiconductores harán más ventajosa la energía solar


Científicos estadounidenses elaboraron un nuevo método asequible de fabricación del arseniuro de galio (GaAs), un semiconductor más provechoso que el tradicional silíceo por muchos parámetros, reveló hoy la revista Nature.
En el artículo de los autores del hallazgo se explica que el método puede ser aplicado para la creación de la nueva generación de muchos dispositivos, incluidas las baterías solares de alta eficacia.
El arseniuro de galio es un semiconductor que se usa para fabricar dispositivos como circuitos integrados en altas frecuencias como las microondas, para fabricar diodos de emisión infrarroja, láser y células fotovoltaicas.
Las propiedades físicas y químicas, así como la carestía del GaAs impiden su uso masivo, frente a otros semiconductores, como, por ejemplo, el silicio.
Asimismo, científicos estadounidenses de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, encabezados por John Rogers, crearon una tecnología que permite saltarse una de las etapas más caras de la fabricación del GaAs.
El método consiste en la reducción del grosor del semiconductor que suele ser producido en placas espesas. Mientras, para las baterías solares es suficiente un semiconductor muy fino.
Publicado por: Karla Velasquez

Materiales Semiconductores Dentro de Fibras Opticas


Foto: Neil Baril
Un ingenioso desarrollo técnico combinando dos clases de tecnología más estrechamente de lo que hasta ahora estaban, puede cambiar para mejor diversos ámbitos de las telecomunicaciones en un futuro cercano.

A Internet se la denomina a menudo como la superautopista de la información. Pero según lo ve John Badding, profesor de química de la Universidad Estatal de Pensilvania, la superautopista real es la fibra óptica que conecta a ordenadores de muchas zonas del mundo a la velocidad de luz. "La luz puede viajar alrededor de la Tierra siete veces por segundo", subraya. "Y las fibras pueden encauzar cantidades torrenciales de información. Esto es lo que hace posible a la Internet que conocemos. Si no fuera por las fibras ópticas, nuestras vidas cotidianas serían muy diferentes".

Las fibras ópticas típicas están hechas de vidrio flexible sumamente puro. Hasta un millar de fibras son agrupadas en un haz y envueltas con un revestimiento protector. Pero la fibra óptica es sólo un cauce por el que discurre la luz. Para cualquier cosa que se desee hacer con la información transportada por las ondas de luz, los fotones tienen que ser convertidos en electrones y enrutados a través de caros dispositivos semiconductores para conmutación y supervisión. Éste es un problema que ha lastrado durante años a la industria de las telecomunicaciones.

Badding y sus colegas, junto con Pier Sazio (del Centro de Investigaciones Optoelectrónicas de la Universidad de Southampton en el Reino Unido), parecen haber esquivado el problema de la conversión OEO (óptico-eléctrico-óptico), recurriendo a una solución OOO (en la que todo se realiza de manera óptica). Su logro se basa en un proceso para alojar los materiales semiconductores dentro de la fibra óptica, lo que básicamente se consigue insertando el hardware de conmutación y modulación dentro del tubo de cristal flexible de un espesor aproximado parecido al del hilo de una caña de pescar.

Este proceso abre un nuevo abanico de aplicaciones para estas fibras. Especialmente importante es la posibilidad de combinar funciones ópticas y electrónicas dentro de los mismos dispositivos de fibra.

El proceso puede revolucionar las telecomunicaciones y llevar algún día a la computación óptica, un sueño de muchos ingenieros por su velocidad fenomenal y por la posibilidad de conectar ordenadores directamente a fibras ópticas sin el procesamiento electrónico actual de las señales.

En esa meta final que es la computación óptica, en lugar de usar los electrones para procesar la información, se utilizarían los fotones. Eso todavía está lejano en el tiempo, pero resulta previsible que se acabará llegando a un nivel de progreso tecnológico en el que la electrónica será reemplazada por la óptica.


Publicado por: Karla Velasquez

Silicon-on-Insulator (Silicio sobre aislante)


La nueva tecnología Silicon-on-Insulator (SOI) permitirá la construcción de ordenadores más rápidos y con menor consumo de energía, ambos factores son claves para incrementar la autonomía de los dispositivos portátiles que se van a generalizar en un futuro próximo.

En la fabricación de un chip, como ser un microprocesador, generalmente se busca integrar la mayor cantidad posible de componentes en el espacio más pequeño que permita la tecnología disponible. En general, y de acuerdo a la ley de Moore (ver recuadro) cada aproximadamente 18 meses un proceso de fabricación reemplaza a otro y permite reducir el tamaño de los componentes a la mitad, lo que permite integrar el doble de ellos en una misma superficie. Esto es muy deseable, ya que al reducir el tamaño también aumenta en forma proporcional la velocidad del dispositivo final, y disminuye la energía disipada en forma de calor.

El aumento en la velocidad de proceso se debe en parte a que al tener más componentes en un mismo espacio los electrones que transportan la información de una zona a otra del chip deben recorrer distancias mas pequeñas. A pesar que se desplazan (teóricamente) a la velocidad de la luz (unos 300.000 km/s), con frecuencias de clock actuales, superiores al Gigahertz deben recorrer los pocos milímetros de ancho del chip miles de millones de veces por segundo, por eso el mantener esas distancias lo mas cortas posibles es crucial. Por otro lado, hay algunos factores intrínsecos a las tecnologías de fabricación utilizadas que también influyen en la velocidad, una de ellas es la componente capacitiva parasita que aparece en cada transistor integrado, debido a que las diferentes capas que forman el transistor se comporta como un pequeño condensador, e introduce pequeños tiempos de demora a las señales.

Existen varias técnicas para crear los transistores que componen el chip. Generalmente se utilizan procesos litográficos, similares a los utilizados al revelar una fotografía para ir "dibujando" sobre un disco de silicio (waffer) de extrema pureza los elementos individuales que componen a cada diodo, transistor, etc. El proceso se va repitiendo, y en cada paso se crea una nueva capa de material semiconductor tipo "p" o "n" en distintas zonas del waffer, determinadas por mascaras opacas a la luz, creando una suerte de sándwich del tamaño de una uña que contiene varios millones de transistores individuales. Debido al pequeñísimo tamaño de los elementos a "revelar" no se puede utilizar luz visible, dado que su longitud de onda (unos 650 manómetros) carece de la "resolución" necesaria para dibujar transistores cuyas partes deben ser mucho mas pequeñas, de 65 manómetros (y cada vez menores). Recordemos que un manómetro es la milmillonésima parte de un metro. 65 nanómetros son la 0,000000065 avas parte de un metro.

Puerta lógica construida con tecnología tradicional.
Puerta desarrollada usando el sílicio como aislante.
Puerta lógica construida con tecnología tradicional.
Puerta desarrollada usando el sílicio como aislante.
La tecnología de silicio sobre aislante (SOI) es una técnica que se conoce desde hace algunos años, aproximadamente desde 1998, fecha en la que IBM anuncio los primeros prototipos. Esta técnica consiste en situar el silicio que formara a los transistores sobre una delgada capa de material, permitiendo mejorar así las prestaciones de los microprocesadores y las memorias semiconductoras utilizadas en los ordenadores actuales. Algunas investigaciones de IBM han revelado que los chips con tecnología de silicio sobre aislante funcionan hasta un 35% más rápido que los procesadores tradicionales, y con un consumo tres veces inferior.
Básicamente, esta técnica permite disminuir la capacidad parasita que es inherente a cada transistor fabricado con métodos tradicionales. Cada pequeño capacitor se carga y descarga en cada pulso de clock, lo que consume energía, genera calor y introduce demoras en las señales. Al disminuir este efecto capacitivo, el transistor puede funcionar más rápido.

El proceso en el que se basa la tecnología de silicio sobre aislante es simple pero requiere gran precisión, ya que como vimos antes se trabaja en superficies microscópicas: consiste en colocar sobre el substrato de silicio (el waffer) que sostiene los transistores del chip una segunda capa de un material aislante que puede ser óxido de silicio o cristal.
Los millones de transistores, cada uno comportándose como un diminuto interruptor, son colocados sobre esta segunda capa, lo que aumenta su rendimiento y elimina fallos debidos a su velocidad.

Al disminuir el tamaño de los transistores estos funcionan más rápido, pero también se corre el riesgo de que aumente el nivel de calor y el consumo de energía debido a fugas eléctricas o a una conmutación ineficaz. Para evitar estos efectos, AMD e IBM han desarrollado el "silicio tensado". El nuevo proceso, llamado "Dual Stress Liner", mejora el rendimiento de los dos tipos de transistores semiconductores, llamados transistores de canal N y canal P, al "estirar" los átomos de silicio de un transistor y "comprimir" los del otro. La técnica de tensión dual funciona sin necesidad de introducir nuevos procesos de fabricación, generalmente caros y complicados, lo que permite su integración rápida en la fabricación extensiva utilizando herramientas y materiales estándar. Hay varias maneras de obtener silicio tensado, pero el resultado es similar. Con silicio tensado, la estructura atómica de los caminos eléctricos en el transistor se ve forzada para conseguir un mayor alineamiento, lo que mejora el flujo eléctrico.


Cuando IBM comenzó a desarrollar la tecnología SOI, los ingenieros encontraron dificultadas para construir la capa aislante que es el corazón del proceso. Luego de probar varios materiales, encontraron que el aislante mas prometedor era el zafiro, aunque se deterioraba con relativa facilidad. Mas tarde, crearon el proceso llamado SIMOX (Separation by Implantation of Oxygen / Separación por la implantación de oxigeno). SIMOX consiste en la inyección directa de oxigeno puro sobre el waffer a altisimas temperaturas. El oxigeno se combina con el silicio creando una capa de oxido de silicio, que actúa como un aislante entre el waffer y las capas de semiconductor que se depositan litograficamente mas tarde.

Los microprocesadores AMD Opteron dual core fabricados a partir de mediados del 2005 están construidos de esta manera. Según este fabricante, estos procesos son los que han permitido obtener la mejor tasa de rendimiento por vatio consumido disponible en la actualidad.
Los microprocesadores de arquitectura Power fabricados por IBM para sus servers AS/400 también son fabricados de esta manera.
Intel también usa silicio tensado en sus nuevas versiones de Pentium 4.
IBM y AMD colaboran en el desarrollo de tecnologías de fabricación de semiconductores de próxima generación desde enero de 2003.

Algunas de las ventajas de utilizar la tecnología SOI al desarrollar un nuevo chip son la utilización de tres mascaras menos al aplicar el proceso fotolitográfico, lo que no solo es mas económico (20% menos de pasos) sino que al simplificar la producción se obtienen menos cantidad de chips con bugs en cada waffer. El tamaño de los componentes individuales del chip son en promedio un 30% mas pequeños, debido a que el aislante evita fugas de electrones de un componente a otro, lo que permite una mayor integración por unidad de superficie, y una mayor velocidad de operación del chip.
Se trata de una ley empírica, formulada por Gordon E. Moore el 19 de abril de 1965, cuyo cumplimiento se ha podido verificar hasta hoy. La Ley de Moore, tal el nombre con el que se la conoce, nos dice que aproximadamente cada dos años el número de transistores integrados en un microchip se duplica. En el momento de escribir el artículo que originó su ley, Moore era Director de los laboratorios de Fairchild Semiconductor.

Gordon Moore afirmó en ese articulo que la tecnología de los microchips tenía futuro, que el número de transistores por centímetro cuadrado de superficie en circuitos integrados se duplicaba cada año y que la tendencia continuaría durante las siguientes dos décadas. Algunos años más tarde modificó su propia ley al afirmar que el ritmo bajaría, y la densidad de los transistores se duplicaría aproximadamente cada 18 meses. Esta es una progresión de crecimiento exponencial, y es la principal causa de la baja constante en el precio de los ordenadores, y fundamentalmente en el aumento de su potencia. El hecho de doblar la capacidad de los microprocesadores cada año y medio, es lo que se considera la Ley de Moore.

La consecuencia directa de la Ley de Moore es que los precios bajan al mismo tiempo que las prestaciones suben: un ordenador que hoy vale 3.000 dólares costará la mitad al año siguiente y estará obsoleto en poco más de dos años. En los últimos 26 años, tiempo transcurrido desde que Moore reformulara su ley, el número de transistores en un chip se ha incrementado nada más y nada menos que 3.200 veces. Si un automóvil hubiera incrementado su velocidad máxima en la misma proporción, actualmente dispondríamos de modelos que viajarían a unos increíbles 400000 km/hora.

Actualmente se aplica a los ordenadores personales. Sin embargo, cuando se formuló no existían los procesadores, inventados en 1971 (en Intel, compañía que Moore creo en 1968 junto a Robert Noyce), ni los PCs, popularizados en los 80.
Un semiconductor es un elemento que se comporta como un buen conductor de corriente, o como aislante dependiendo del campo eléctrico en el que se encuentre. Solamente algunas sustancias presentan esta característica. Los elementos químicos semiconductores utilizados son el Cadmio (Cd), Aluminio(Al), Galio(Ga), Boro(B), Indio(In), Silicio(Si), Germanio(Ge), Fosforo(P), Arsenio(As), Antimonio(Sb), Selenio(Se), Telurio(Te) y Azufre(S) El elemento semiconductor más usado en la actualidad, y ladrillo fundamental de los transistores que componen los microprocesadores actuales es el silicio, aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos II y III con los de los grupos VI y V respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). Últimamente se han realizado ensayos también con el Azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes. Se trata de diminutos dispositivos electrónicos, de tres terminales. La palabra transistor nace como un acrónimo o contracción de "transference resistor". En efecto, una de las aplicaciones de los transistores es la transferencia de resistencia, que los permite usar como amplificadores, al permitir controlar una gran corriente que circule entre el "emisor" y el "colector" mediante una pequeña aplicada en el otro terminal, llamado "base".
Pero la forma de trabajo del transistor que lo ha vuelto indispensable en el corazón de todas las computadoras es la que permite utilizarlo como una llave. En efecto, en una determinada región de trabajo, se puede comportar como una llave que permite o no el paso de la corriente, es decir, presentar un estado de "1" o "0". Esta particularidad lo hace útil en la construcción de memorias y compuertas lógicas, elementos base de cualquier computadora
A pesar de que la era del silicio tiene casi treinta años, se siente como si se estuviera en el comienzo de una revolución. Comenzó cuando Intel y Texas Instruments, de manera independiente, produjeron su primer chip microprocesador allá en 1971. Estos primeros chips tenían sólo un poco más de 2,000 transistores, y su velocidad no era lo que llamaríamos apabullante. En la actualidad, tenemos decenas de millones de transistores en un solo chip, y los microprocesadores con tecnologías multi-core de mas de 100 millones de transistores están siendo cada vez mas comunes. Desde 1971, las velocidades de procesamiento de un chip han ido de cerca de 0.06 millones de instrucciones por segundo (MIS) a cerca de 1000 MIS.
Todo este crecimiento en el desempeño ha sido posible gracias a la innovación permanente, y las técnicas SOI y silicio tensado son solo un exponente más de ellas.