El silicio ha muerto. China cultiva un cristal que dará origen a una nueva raza tecnológica

Durante décadas, el silicio fue la base indiscutible de toda la industria electrónica, pero por primera vez ha surgido un competidor serio. Investigadores chinos han anunciado la creación del primer cristal semiconductores de tamaño completo del mundo basado en diseleniuro de indio (InSe), en forma de una oblea de 2 pulgadas con una estructura cristalina perfecta. Este logro podría marcar el inicio de una nueva era tecnológica: el InSe no solo alcanza al silicio, sino que lo supera en varios aspectos clave.

El diseleniuro de indio ha sido considerado durante mucho tiempo un material prometedor para la electrónica del futuro, gracias a su estructura bidimensional, alta movilidad de carga y una banda prohibida óptima. Sin embargo, la síntesis de este material a gran escala había sido una tarea pendiente durante años: la alta volatilidad de sus componentes, la diferencia de presiones de vapor y su tendencia a formar fases inestables impedían el crecimiento de películas uniformes con la calidad requerida.

Bajo la dirección del profesor Liu Kaihui de la Universidad de Pekín, el equipo desarrolló una tecnología de crecimiento innovadora: conversión sólido-líquido-sólido. Primero se depositó una película amorfa de InSe sobre un sustrato de zafiro mediante pulverización catódica, luego se recubrió con indio puro y se calentó a 550 °C dentro de una cápsula de cuarzo sellada. En estas condiciones, el indio se fundía, creando un entorno de reacción saturado que permitía el crecimiento controlado de un cristal perfecto de InSe. La estructura obtenida mostró una red atómica estable y una alta uniformidad en toda la superficie de la oblea.

Como resultado, se logró producir una oblea de 2 pulgadas totalmente funcional, apta para fabricación en masa. A partir de ella se construyeron transistores con características que superan a sus equivalentes de silicio. Por ejemplo, la movilidad electrónica alcanzó los 287 cm²/V·s a temperatura ambiente, varias veces superior a la de la mayoría de los materiales bidimensionales existentes. Los dispositivos también demostraron fugas mínimas con longitudes de compuerta inferiores a 10 nm, un alto factor de conmutación y una eficiencia energética que excede las proyecciones de la Hoja de Ruta Internacional para Dispositivos y Sistemas (IRDS) para el año 2037.

Es especialmente relevante que la conmutación ocurrió cerca del límite de Boltzmann, la frontera teórica de eficiencia para elementos lógicos. Además, se observó una mitigación del efecto DIBL, que normalmente compromete la fiabilidad durante la miniaturización. En el contexto de las tendencias actuales en microelectrónica, estos resultados son especialmente significativos.

El trabajo del equipo tiene implicaciones más allá del InSe. Los científicos lograron estabilizar la proporción exacta de átomos de indio y selenio, un factor clave que durante décadas limitó el potencial de este material. El método desarrollado podría adaptarse para la síntesis de otros calcogenuros inestables, abriendo la puerta a una amplia gama de nuevos semiconductores con propiedades únicas.

Un beneficio adicional es la compatibilidad de estos nuevos cristales con los procesos CMOS existentes. Esto significa que el InSe puede integrarse en las cadenas de producción actuales sin necesidad de una reestructuración completa de las fábricas. En el futuro, los investigadores planean la heterointegración: combinar el InSe con otros materiales bidimensionales en chips verticales multifuncionales capaces de realizar cálculos, almacenar datos e interactuar con el entorno al mismo tiempo.

Las aplicaciones potenciales incluyen aceleradores de IA energéticamente eficientes, chips para computación en el borde, así como electrónica transparente y flexible para dispositivos portátiles. Si el progreso con el InSe continúa, podría convertirse en lo que el silicio fue en su día: la piedra angular de una nueva era post-silicio.