El IMB-CNM logra once proyectos y más de 2 millones de euros en financiación estatal

El Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC) refuerza su liderazgo en microelectrónica con once proyectos concedidos por la Agencia Estatal de Investigación (AEI), dentro de los Proyectos Generación de Conocimiento, que suman más de dos millones de euros. Las iniciativas abarcan desde neurotecnología "wearable" hasta detectores de radiación para el CERN y aplicaciones médicas. Además, una investigadora del IMB-CNM lidera como coinvestigadora principal (IP) un proyecto de la Universidad de La Rioja (UR), reforzando así la presencia del instituto en iniciativas colaborativas a nivel nacional.

La investigación del IMB-CNM destaca por su carácter multidisciplinar, reflejado en la diversidad temática de los proyectos concedidos: cuatro en el área de Ciencias Físicas; cuatro en Tecnologías de la Información y las Comunicaciones; y tres en Producción Industrial, Ingeniería Civil e Ingenierías para la Sociedad. Esta distribución evidencia una capacidad singular para abordar retos complejos desde múltiples enfoques, consolidando al centro como un referente en innovación transversal y conocimiento aplicado.

En términos de personal del IMB-CNM, dos están liderados por investigadoras principales (IP), tres contabilizando el de la UR; mientras que nueve cuentan con equipos de dos investigadores. En total, participan 3 mujeres (4 con el de la UR) y 19 hombres como responsables científicos.

• IP: Xavi Illa y Jose Yeste

El proyecto busca transformar la investigación biomédica in vitro mediante el desarrollo de sistemas avanzados Organ-on-Chip (OoC). Los modelos tradicionales, como cultivos celulares y pruebas en animales, no replican con precisión la fisiología humana, lo que genera altos índices de fracaso en el desarrollo de fármacos y plantea dilemas éticos. Los OoC ofrecen una alternativa prometedora, pero su potencial se ve limitado por la falta de sensores que permitan monitorizar funciones celulares en tiempo real.

ASMEMS propone superar estas limitaciones mediante tecnología CMOS, reemplazando las membranas poliméricas por membranas de silicio poroso con sensores integrados. Esta innovación permitirá observar con alta resolución la actividad celular, los mecanismos de enfermedad y las respuestas terapéuticas. Se fabricarán membranas de SiO₂ con poros diseñados con precisión y electrodos integrados para rastrear la migración celular y estudiar cómo células inmunes o cancerosas atraviesan tejidos barrera.

Además, se desarrollarán nanopilares con electrodos direccionables para medir corrientes iónicas paracelulares a nivel de canal único, proporcionando datos inéditos sobre la dinámica de las uniones estrechas y el papel de proteínas como las claudinas. Esta tecnología permitirá avanzar en el conocimiento de enfermedades relacionadas con barreras biológicas y facilitará el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas.

• IP: Giulio Pellegrini y Joan Marc Rafí

Con el objetivo de explorar la frontera energética en física de partículas, se realizará una mejora sustancial del acelerador LHC en el CERN para aumentar su luminosidad nominal en un orden de magnitud. Se prevé que el LHC de Alta Luminosidad (HL-LHC) comience a operar en 2028. Para adaptarse, será necesario actualizar varios subsistemas del experimento ATLAS.

Este proyecto forma parte del programa insignia del CERN y es una colaboración entre el IMB-CNM, el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) y la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB). Incluye contribuciones clave a tres componentes del detector ATLAS: módulos de píxeles 3D para el nuevo detector interno (ITk), módulos LGAD para el detector de tiempo de alta granularidad (HGTD), y estructuras mecánicas para mejorar el calorímetro hadrónico TileCal. La participación del IMB-CNM se centra en diseñar y fabricar sensores de radiación resistentes a las condiciones extremas del HL-LHC. En la Sala Blanca se producirán sensores con materiales como silicio (Si), carburo de silicio (SiC) y nitruro de galio (GaN), evaluando su tolerancia y durabilidad. 

Durante la fase HL-LHC, el alto número de colisiones afectará el rendimiento del detector. Para mitigarlo, se implementará el HGTD, basado en tecnología LGAD desarrollada por el IMB-CNM, consolidando la participación española en el proyecto.

• IP: Joaquín Faneca y Carlos Domínguez

El proyecto coordinado CryptoPIC tiene como objetivo desarrollar soluciones innovadoras para la protección y la seguridad de los datos y las infraestructuras digitales mediante el uso de circuitos fotónicos integrados (PIC). La creciente demanda de sistemas de comunicación seguros y de alta velocidad requiere tecnologías avanzadas que garanticen la integridad, la confidencialidad y la autenticidad de la información. En este contexto, los PIC se perfilan como una alternativa revolucionaria, ya que permiten integrar múltiples funciones ópticas en un solo chip y ofrecen ventajas en términos de velocidad, eficiencia energética y resistencia a los ataques físicos.

El proyecto, en colaboración con el Instituto de Microelectrónica de Sevilla (IMSE-CNM-CSIC), aborda la implementación de primitivas criptográficas en PIC con un doble objetivo. Por un lado, busca mejorar la robustez de las primitivas criptográficas tradicionales aprovechando mecanismos fotónicos más seguros. Por otro, pretende reforzar los dispositivos mediante el desarrollo de técnicas avanzadas de criptografía y autenticación. Mediante la integración de funciones físicamente inclonables (PUF) y otros elementos criptográficos fundamentales en los PIC, la iniciativa creará sistemas de seguridad capaces de generar identificadores únicos e irrepetibles, reforzando la protección contra los ciberataques. Además, se explorarán estructuras ópticas avanzadas para mejorar la robustez, la eficiencia y la funcionalidad de los dispositivos, lo que permitirá la derivación de identidades digitales seguras.

• IP: Esteve Amat y Jordi Llobet Sixto

El objetivo es desarrollar procesos de fabricación novedosos que permitan usar estructuras verticales como alternativa a las planas para circuitos integrados en nodos tecnológicos inferiores a 1 nanómetro (nm). El proyecto será realizado por un equipo del IMB-CNM y del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM, Paloma Tejedor), del CSIC, y consta de dos etapas. En la primera, se desarrollarán procesos que habiliten las estructuras verticales, explorando nuevas estrategias en el IMB-CNM. Se buscará obtener estructuras con dimensiones y geometría definidas, usando litografía por haz de electrones (EBL) de altas prestaciones. También será clave definir correctamente las regiones dopadas, logrando niveles y grosores adecuados mediante crecimiento epitaxial o dopaje con Spin-On-Dopant.

El ICMM investigará materiales y dispositivos alternativos, como sustituir el silicio por materiales III-V con mayor movilidad de portadores, usando técnicas de crecimiento epitaxial. También se explorarán dispositivos túnel-FET por sus mejores prestaciones.

Una vez maduros los procesos, se implementará un circuito integrado en un pilar de silicio como prueba de concepto: un inversor CMOS con dos transistores apilados, reduciendo consumo de área y energía. Paralelamente, se realizarán caracterizaciones eléctricas para validar los objetivos del proyecto.

• IP: Iñigo Martin y Francesc Perez Murano

La mejora del rendimiento y de las funcionalidades de los dispositivos electrónicos se logra, en muchos casos, mediante la implementación de nuevos materiales y tecnologías de fabricación. Entre los candidatos más prometedores para los circuitos nanoelectrónicos de próxima generación se encuentra el grafeno—una forma de carbono de un solo átomo de grosor—cuando se estructura en cintas de anchura nanométrica (nanocintas de grafeno, graphene nanoribbons en inglés, GNRs). Sin embargo, la definición escalable de GNRs y la fabricación de los correspondientes nanodispositivos siguen siendo retos para investigadores y tecnólogos.

GTRONICS busca abordar estos retos explorando un método de crecimiento determinista para obtener GNRs con control preciso sobre su estructura, morfología y posición en el sustrato; desarrollando métodos avanzados de micro- y nanofabricación para su integración en dispositivos tipo transistor; y aplicando técnicas avanzadas de caracterización y desarrollando modelos tanto para los materiales como para los dispositivos. El proyecto es una colaboración con la Universidad de Valladolid, y parte del trabajo experimental se realizará con investigadores de la Universidad de Hamburgo.

• IP: Xavier Muñoz y Pablo Giménez

La electrónica flexible, fabricada con materiales biocompatibles y sostenibles, es cada día más relevante. Su capacidad para adaptarse a formas y tamaños específicos es clave en sectores como el deporte (parches para atletas), control alimentario (envases inteligentes), monitorización ambiental (dispositivos biodegradables) y, especialmente, en salud, donde se adapta a tejidos biológicos.

Este proyecto propone desarrollar dispositivos flexibles basados en seda e integrarlos en plataformas de análisis de organoides para estudiar la funcionalidad celular. Se aprovecharán propiedades como la biocompatibilidad, estabilidad mecánica, térmica y química de la seda, junto con su baja constante dieléctrica y compatibilidad con microfabricación, para crear sustratos flexibles. Además, su capacidad para retener compuestos permitirá desarrollar nuevas tintas, biotintas y películas electrocrómicas.

Estos biomateriales se usarán en dispositivos microelectrónicos flexibles para estimular y registrar organoides. El proyecto cuenta con un equipo multidisciplinar experto en biomateriales, sensores, biofuncionalización, biosensores, transductores electroquímicos y tecnologías de micro/nanofabricación. Se complementa con colaboraciones internacionales: Universidad de Tufts (EE. UU.) en tecnologías de seda, Universidad de Oslo (Noruega) en enfermedades oculares, y la empresa DAN*NA (España) en electrónica flexible, garantizando un enfoque integral e innovador.

IP: Miguel Ullán y Manuel Lozano Fantoba

El IMB-CNM participa activamente en la construcción del Inner Tracker (ITk) del experimento ATLAS Upgrade del HL-LHC del CERN. El siguiente paso es finalizar la producción de los sensores de strip de gran área necesarios. La producción está avanzada, y para completarla con éxito se deben terminar los tests, evaluar los sensores y enviarlos a los assembly sites para su montaje.

El Grupo de Detectores de Radiación (RDG) tiene un papel clave: el IP del proyecto es el Strip Sensor Coordinator y el grupo lidera las tareas de Quality Assurance (QA). También realiza medidas en estructuras de test antes de irradiar, mediante pruebas automáticas y manuales, análisis de parámetros y subida de resultados a la base de datos.

Además del ITk, el IMB-CNM mantiene líneas de I+D en detectores de radiación para futuros experimentos, alineadas con el Detector R&D Roadmap del ECFA. Estas incluyen refrigeración integrada con microcanales, integración heterogénea, optimización de tecnología de strip y desarrollo de sistemas de caracterización y adquisición de datos. Con estas líneas, el grupo se mantiene en la vanguardia del desarrollo tecnológico de la próxima generación de detectores.

• IP: Celeste Fleta y Consuelo Guardiola

Se desarrollarán detectores avanzados de radiación de carburo de silicio (SiC) basados en nuevas tecnologías de micromecanizado. Posteriormente, se validarán en haces de radiación para responder a los retos tecnológicos de las nuevas radioterapias que están cambiando el paradigma del tratamiento del cáncer: la protonterapia y la radioterapia (RT) FLASH.

Por un lado, con diodos ultradelgados transmisivos de SiC para la monitorización de haces en radioterapia. Mediante tecnologías MEMS, se producirán diodos de membrana de SiC en los que la cara posterior del sustrato está grabada para medir la posición y la intensidad de haces de protones con una perturbación mínima. Por otro, se harán microdiodos de SiC para microdosimetría mediante tecnologías MEMS para crear volúmenes de detección 3D optimizados para mediciones microdosimétricas precisas en entornos extremos de radiación como FLASH RT. Los detectores fabricados se caracterizarán mediante técnicas avanzadas y se evaluará su rendimiento como detectores de radiación en haces de radiación preclínicos y clínicos.

Además, la Sala Blanca de Micro y Nanofabricación del IMB-CNM (reconocida como Infraestructura Científica y Técnica Singular, ICTS) es una de las pocas en el mundo que ha conseguido fabricar dosímetros de SiC capaces de trabajar de manera óptima en condiciones de radiación FLASH. De hecho, las investigadoras principales de esta propuesta son coautoras de una patente que protege esta tecnología.

• IP: Anton Guimerà y Gemma Gabriel

Las técnicas de electrofisiología son esenciales para evaluar estados fisiopatológicos en los sistemas nervioso, cardiovascular y muscular. Las tecnologías actuales no invasivas presentan limitaciones, como la necesidad de geles conductores, que afectan la estabilidad de los registros prolongados. Los avances en materiales e impresión han permitido desarrollar tatuajes electrónicos con múltiples funcionalidades, mejorando la electrofisiología “wearable”. Sin embargo, aún no cumplen con los requisitos de la electromiografía de alta densidad (HD-EMG), clave para entender el sistema neuromuscular.

El proyecto NEUROSKIN busca superar estas limitaciones mediante electrodos en tatuajes “wearable” altamente conformables para HD-EMG, mejorando la adquisición de señales y permitiendo la modulación muscular en tiempo real. Se explorarán nuevas técnicas de fabricación para enrutar señales en capas conductoras sobre sustratos flexibles, logrando matrices de hasta 512 electrodos con 1 mm de separación. También se desarrollarán materiales porosos para electrodos semi-secos, usando polímeros conductores y precursores de hidrogel, creando una interfaz rehidratable piel-electrodo. Además, se diseñará electrónica de lectura inalámbrica en sustratos flexibles.

El proyecto representa un avance en neurotecnología flexible, con aplicaciones en diagnóstico de enfermedades neurodegenerativas, rehabilitación, interfaces cerebro-computadora y atención médica domiciliaria. Participan los equipos de los investigadores Juan C. Moreno (CSIC), Raimon Jané (IBEC) y Javier Ibañez (Universidad de Zaragoza).

IP: Xavier Jordà y Xavier Perpiñà

La electrónica de potencia es clave en la transición energética, al permitir la electrificación basada en energía renovable. Sus elementos principales son celdas de conmutación con dispositivos semiconductores de potencia y circuitos de control, que requieren mayor inteligencia, densidad, robustez y eficiencia. Actualmente se fabrican con técnicas tradicionales que limitan sus prestaciones.

Una solución innovadora es el chip-embedding, que integra los chips dentro de la estructura multicapa de las PCBs, conectándolos mediante micro-vías. Esto permite combinar control y potencia en una misma placa, más compacta, reduciendo costes y facilitando el reciclaje. Sin embargo, depende de pocas empresas (ninguna en España) y de chips específicos difíciles de conseguir.

El proyecto POWERCELLS busca desarrollar celdas integradas por chip-embedding compatibles con procesos estándar de fabricación nacional. Se diseñará una estructura multicapa con buena respuesta térmica y eléctrica, y se optimizará la interconexión mediante chips metalizados con cobre. Se desarrollarán transistores VDMOS de Si que imiten dispositivos WBG, más caros y escasos, para facilitar prototipos. También se investigarán estructuras para mejorar la integración y se aplicarán estas técnicas a dispositivos de GaN.

Finalmente, se garantizará la fiabilidad mediante técnicas avanzadas de caracterización, como electroluminiscencia y termoreflectancia de alta resolución.

• IP: Enric Cabruja y Pablo Fernández

Este proyecto, coordinado con el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE), busca combinar sensores LGAD con el chip Timepix4 para crear un dispositivo más sensible. El objetivo es lograr un umbral de detección de energía más bajo que el que se obtiene al usar Timepix4 con sensores pasivos, manteniendo todas sus nuevas funcionalidades. 

Como el diseño del sensor LGAD está avanzado gracias a un proyecto anterior, el equipo se centrará en la lectura de datos y en explorar sus aplicaciones. Este enfoque permite avanzar directamente hacia el desarrollo del dispositivo y su validación.
El dispositivo resultante tiene un gran potencial en múltiples áreas: desde fuentes de luz de sincrotrón, donde se estudian materiales con gran precisión, hasta experimentos de física de altas energías (HEP) y aplicaciones en física médica, como la detección de radiación o el desarrollo de nuevas técnicas de imagen.

• IP: Fayna García (Universidad de la Rioja) y Elisabet Prats. 
• Elisabet Prats es investigadora del Centro de Investigación Biomédica en Red (CIBER-BBN Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina) en el Grupo de Aplicaciones Biomédicas del IMB-CNM.

El cáncer de pulmón de células no pequeñas (NSCLC) suele detectarse en fases avanzadas por la falta de síntomas claros y su confusión con enfermedades benignas. La detección temprana es clave para mejorar el pronóstico. Esta propuesta presenta MAPS, una estrategia innovadora que utiliza sensores basados en grafeno (gSGFET) para identificar autoanticuerpos, biomarcadores que el sistema inmunológico produce en respuesta al cáncer antes de que aparezcan síntomas.

MAPS se centra inicialmente en el antígeno MUC1, lo que permite optimizar la plataforma y mejorar la conjugación química. Además, se desarrollará una técnica de inmovilización selectiva para aumentar la precisión del diagnóstico. Posteriormente, se ampliará el sistema con un panel de antígenos específicos del cáncer de pulmón, reduciendo falsos positivos y mejorando la fiabilidad.

Gracias a la unión química optimizada, MAPS podrá detectar múltiples analitos en un solo dispositivo. Este enfoque no solo busca identificar el NSCLC en etapas tempranas, sino también orientar tratamientos personalizados, representando un avance significativo en el diagnóstico y manejo del cáncer de pulmón. La Sala Blanca de Micro y Nanofabricación del IMB-CNM y la ICTS Nanbiosis, donde el IMB-CNM gestiona la Unidad de Tecnología Micro-Nano, darán apoyo tecnológico al proyecto.