La industria de los semiconductores avanza hacia un futuro en el que los límites físicos del silicio exigen la búsqueda de nuevos materiales y arquitecturas. La reciente colaboración entre imec, ASML y TSMC ha dado un paso significativo en esta dirección, al demostrar una ruta de integración para transistores basados en materiales bidimensionales en obleas de 300 mm. Estos avances, presentados en el IEEE/JSAP Symposium on VLSI Technology and Circuits 2026, aunque no señalan la llegada inmediata de un chip comercial, constituyen un hito relevante en el continuo desafío de cómo seguir escalando la lógica avanzada.
El foco de la investigación se centra en los dicalcogenuros de metales de transición (TMD), como MoS₂, WS₂ y WSe₂, materiales que pueden crear canales de conducción a una escala atómica. Este nivel de miniaturización permite un mejor control del transistor y podría prolongar la eficiencia de la lógica avanzada más allá de las actuales limitaciones de los canales de silicio.
En la demostración, los investigadores lograron integrar transistores nFET con canal de MoS₂ y pFET basados en WS₂ o WSe₂ en una plataforma de 300 mm. Este avance es significativo no solo porque estos dispositivos funcionaron en un entorno de laboratorio, un logro que la comunidad científica ha conseguido anteriormente, sino porque se integraron con dimensiones que reflejan las exigencias industriales, utilizando herramientas compatibles con la fabricación avanzada.
Imec informó de tres logros destacados en su presentación: nFET y pFET escalados a un contacted poly pitch de 50 nm, corrientes de apagado excepcionales con una tensión de puerta a 0 V en ambas polaridades, y un rendimiento de los pFET de WSe₂ comparable a los mejores dispositivos de laboratorio. Además, un 94 % de estos transistores operaban, definido por una relación Imax/Imin superior a 10⁵, lo que subraya la estabilidad del proceso incluso en esta fase experimental.
Este desarrollo se enmarca en una industria que ha maximizado el uso del silicio en los transistores. Con el escalado planar, FinFET, y ahora gate-all-around, el próximo avance podría depender de arquitecturas como CFET, donde transistores complementarios se apilan verticalmente. Sin embargo, siempre existe el desafío de mantener un buen control electrostático sin comprometer la movilidad, las fugas o la variabilidad, especialmente a medida que los canales se reducen en tamaño.
En este contexto, los materiales 2D son fundamentales. Su extrema delgadez permite que el control de la puerta sea más efectivo incluso a longitudes muy reducidas. Este avance es importante para la construcción de transistores más pequeños y eficientes. El reto ha sido siempre transferir industrialmente estos materiales delicados y formar contactos de baja resistencia en obleas grandes, algo que el nuevo anuncio parece abordar.
Es importante aclarar que esta no es aún la «era post-silicio». Los chips comerciales seguirán dependiendo del silicio por largo tiempo. Sin embargo, los materiales 2D representan una promesa significativa para futuras generaciones de nodos, integrándose en áreas como el back-end-of-line y ofreciendo posibilidades para la lógica avanzada y los chips de inteligencia artificial.
El trabajo conjunto de imec, ASML y TSMC refuerza la visión de que los materiales 2D son más que una curiosidad académica; son una potencial vía para incrementar la densidad y eficiencia donde las arquitecturas actuales se agoten. Con ASML destacando el papel de la litografía EUV y TSMC aportando experiencia en producción viable, la investigación se perfila como un modelo de colaboración hacia el desarrollo de la próxima generación de transistores.
A medida que la industria del semiconductor evoluciona, este tipo de avances son críticos no solo para la continuación de la reducción del tamaño de los transistores, sino también para encontrar materiales que sigan haciendo posible dicha miniaturización. Con ello, los transistores 2D dejan de ser solo una promesa en el laboratorio para convertirse en un componente clave cada vez más cercano a su integración industrial.
