Crecimiento 1.000 veces más rápido: China impulsa los chips 2D

Los sistemas de inteligencia artificial y los grandes modelos de lenguaje han provocado una escasez de chips a nivel mundial que ha afectado irremediablemente a la industria tecnológica. El precio de los módulos de memoria RAM y los discos duros se ha disparado, de modo que configurar un PC personalizar o adquirir uno ya premontado se ha vuelto mucho más caro que hace unos meses.

La situación no solo afecta a los ordenadores, sino también a otros dispositivos, como los teléfonos móviles inteligentes, tabletas o videoconsolas (Sony volvió a incrementar el PVP de su PS5 y PS5 Pro hace unos días). Que algunos fabricantes hayan decidido producir en exclusiva los componentes para los hiperescaladores por ser más rentable no ayuda a que el mercado se estabilice. Algunos expertos creen que no lo hará hasta aproximadamente 2028 o 2029.

Además, las arquitecturas de chips actuales, debido al aumento de la carga de trabajo y a los avances de los grandes modelos de lenguaje, están llegando a su límite. Por ello, la industria está buscando soluciones que van más allá de la escalabilidad convencional del silicio. Una de las opciones más convincentes parece ser la de los semiconductores bidimensionales (2D).

Los semiconductores 2D son la clave para soportar la gran carga de trabajo de la IA

Según la Ley de Moore, cada dos años aproximadamente, se duplica el número de transistores en un microprocesador. Sin embargo, a medida que las dimensiones de los transistores se aproximan a la escala atómica, los efectos cuánticos, la disipación de calor y las limitaciones de fabricación dificultan cada vez más la miniaturización. Los semiconductores bidimensionales podrían ser la solución.

Al ofrecer estructuras atómicamente delgadas, los semiconductores bidimensionales podrían permitir una continua miniaturización de los transistores al tiempo que mejoran la eficiencia energética y el rendimiento. El control del comportamiento eléctrico en materiales de espesor atómico se basa en un ajuste químico preciso, donde se introducen pequeñas cantidades de átomos extraños para mejorar la conductividad.

Este proceso, conocido como dopaje, permite la creación de semiconductores de tipo n (ricos en electrones) y de tipo p (rico en huecos), ambos esenciales para la electrónica moderna. Si bien los materiales 2D de tipo n, como el disulfuro de molibdeno y el diselenuro de molibdeno, ya están bien establecidos, lograr contrapartes de tipo p de alto rendimiento y estables sigue siendo un desafío importante, lo que limita la plena realización de dispositivos basados en semiconductores 3D.

Las arquitecturas de transistores modernas dependen de la combinación complementaria de materiales de tipo n y tipo p, lo que convierte la escasez de opciones de tipo p de alto rendimiento en una limitación importante para el diseño de chips de próxima generación. Esta limitación se agudiza a medida que la industria explora nodos inferiores a 5 nanómetros en sistemas semiconductores bidimensionales.

Para abordar el problema, un equipo de investigación liderado por Zhu Mengjian, junto con Ren Wencai y Xu Chuan del Instituto de Investigación de Metales, desarrolló un nuevo método para la preparación de semiconductores 2D. Este enfoque de crecimiento rediseñado está acelerando mucho la producción a gran escala de materiales semiconductores bidimensionales.

Desde el punto de vista del rendimiento del dispositivo, el nitruro de silicio de tungsteno monocapa combina varias ventajas clave, como una alta movilidad de huecos y una elevada densidad de corriente en estado activo. Gracias a su capacidad para producir películas de mayor superficie y controlar el dopaje con mayor precisión, este nuevo método podría acercar los semiconductores 2D a la fabricación industrial.