Crónicas del futuro
EN ESTA NUEVA SECCIÓN EXPLORAREMOS CADA MES LA TECNOLOGÍA QUE VIENE PARA QUEDARSE. EMPEZAMOS POR ANALIZAR EL NITRURO DE GALIO, UNO DE LOS CANDIDATOS A DESBANCAR AL SILICIO COMO REY DE LOS SEMICONDUCTORES.
El dispositivo más interesante de 2019 no es un teléfono que se dobla ni unas gafas de realidad aumentada; tampoco un coche autónomo o un altavoz que alberga una inteligencia artificial en su interior. De hecho, es fácil perderlo de vista si lo ponemos junto a cualquiera de estos productos. Porque se trata de un pequeño cubo blanco de 4 cm de lado que no se conecta inalámbricamente a nada ni tiene una pantalla o una superficie táctil a la vista. Un cubo sin un solo adorno en su superficie más allá del logo de su fabricante, un puerto USB-C y las dos patillas para enchufarlo a la pared. Es un simple adaptador de corriente, uno que puede confundirse fácilmente con el que suele venir en las cajas de cualquier móvil o tableta del mercado. Pero este es diferente. Lo ha fabricado la empresa Anker y, pese a su pequeño tamaño y peso –apenas 60 gramos–, puede alimentar sin problemas el ordenador con el que escribo estas líneas y que, hasta ayer, necesitaba uno casi un 50% más grande y pesado.
Un adaptador de corriente es un candidato un poco decepcionante a producto revolucionario del año, pero dentro de este artilugio tan simple se esconde una de las tecnologías que en el futuro podrían cambiar el diseño de todo tipo de productos: desde nuestros móviles hasta los coches eléctricos, pasando por paneles fotovoltaicos e incluso la propia infraestructura de la red eléctrica.
Casi toda la electrónica moderna se basa en un material que hemos aprendido a controlar con gran eficiencia: el silicio. Con este semiconductor somos capaces de fabricar transistores tan pequeños que los empaquetamos por miles de millones en una superficie no mucho más grande que un sello de correos. El silicio es abundante, barato y tiene las propiedades perfectas para este tipo de aplicaciones.
PERO TODO INDICA QUE ESTAMOS LLEGANDO A LOS LÍMITES MÁXIMOS DE SUS PROPIEDADES. Un rápido vistazo al mercado de microprocesadores basta para comprobarlo. Durante años, los cerebros de nuestros ordenadores se han regido por la conocida como ley de Moore, que predice el número de transistores que es posible integrar en una superficie determinada. Cada dieciocho meses, ese número se dobla, lo que significa también menor consumo eléctrico, menos calor a disipar y procesadores más económicos y con mucha más capacidad de proceso.
Sin embargo, desde hace unos años, las operaciones industriales necesarias para fabricar procesadores en grandes cantidades han sido incapaces de mantener ese ritmo, así que las grandes compañías tecnológicas han comenzado a buscar un nuevo material con el que seguir realizando el milagro. Hay varios candidatos prometedores, y uno de ellos es el que ahora está dentro de este pequeño adaptador de corriente. Hablamos del nitruro de galio, también representado por su símbolo químico: GaN.
No es un material desconocido en el mundo de la electrónica. Lo hemos empleado desde hace décadas en la fabricación de algunos componentes, como diodos de led. Por ejemplo, el láser azul que pone nombre al Blu-ray es un diodo que está fabricado con GaN como material semiconductor. Pero recientemente se ha conseguido implementar en la arquitectura con la que se fabrican la inmensa mayoría de transistores, conocida como Mosfet (o transistor de efecto de campo metal-óxido-semiconductor). Esto ha multiplicado el número de aplicaciones para este compuesto y una de ellas es precisamente la construcción de adaptadores de corriente mucho más eficientes.
UNO DE LOS PROBLEMAS DE LOS TRANSISTORES DE SILICIO ES QUE SU EFICACIA SE DESPLOMA a temperaturas superiores a 120 ºC. Esto obliga a diseñar complejos sistemas de protección térmica y refrigeración, que acaban influyendo en el tamaño de los adaptadores. Sin embargo, un transistor fabricado con nitruro de galio como semiconductor es estable hasta los 400 ºC, y eso, unido a la mayor conductividad y eficiencia del propio material, permite fabricar adaptadores mucho más compactos y ligeros, que consumen menos y desperdician menos energía en forma de calor.
Las consecuencias pueden ser significativas. Prácticamente todos los productos electrónicos que utilizamos tienen que convertir en algún momento la corriente que reciben a un voltaje diferente, o transformar la corriente alterna en continua para alimentarse. Con circuitos de alimentación fabricados con GaN, nuestro consumo eléctrico podría reducirse casi un 20% a nivel global. Solo el menor gasto en materiales derivado de usar adaptadores más pequeños y eficientes ya supondría una medida positiva.
En telefonía móvil y electrónica de consumo, su efecto podría notarse también pronto en sistemas de carga inalámbrica mucho más eficaces y con mayor alcance. En vehículos eléctricos, el impacto podría ser incluso mayor: las baterías y la electrónica necesaria para aprovechar la energía que almacenan suponen más del 60% del coste de este tipo de medio de transporte. Con componentes basados en nitruro de galio y otros semiconductores de alta eficiencia que empiezan a ser comunes, como el carburo de silicio (SiC), se podrían fabricar coches con mayor autonomía al mismo precio o vehículos más económicos con un alcance similar a los actuales. También circuitos de carga capaces de rellenar las baterías a mayor velocidad, que es hoy una de las principales molestias en los vehículos eléctricos y el factor más importante que citan los conductores entre las razones para retrasar el cambio a uno de ellos.
Incluso en productos tan prosaicos como un horno microondas, el nitruro de galio podría resultar una revolución. Hoy en día, estos electrodomésticos usan un componente llamado magnetrón para generar las ondas electromagnéticas que calientan las moléculas de agua de los alimentos. Con un transistor de estado sólido fabricado con GaN sería posible generar esas mismas frecuencias con menor consumo y de forma mucho más uniforme en el interior del dispositivo.
SI LOS AVANCES EN INTEGRACIÓN Y FABRICACIÓN CONTINÚAN, GaN podría transformarse pronto en el material común con el que fabricar los propios procesadores destinados al mercado de la informática, un sustituto directo del silicio con el que retomar el ritmo de la ley de Moore sin las complicaciones o el coste inherente a otras de las propuestas que flotan por los laboratorios de empresas y centros universitarios, como el grafeno.
Así que la era del silicio, en cierta forma, llega a su fin. Por supuesto, el material no va a desaparecer de la noche a la mañana: en muchas aplicaciones no relacionadas con la conversión de electricidad y la distribución de energía, seguirá siendo un material semiconductor necesario. Algunas de las técnicas de fabricación de transistores GaN, de hecho, emplean un transistor de silicio como base.
Pero entramos en una era más excitante y su mensajero no podría haber sido más discreto. A pocos centímetros de mi portátil, ese pequeño cubo conectado al enchufe de la pared ya trabaja con la tecnología del futuro.
CON COMPONENTES BASADOS EN NITRURO DE GALIO SE PODRíAN FABRICAR COCHES ELéCTRICOS CON MAYOR AUTONOMíA