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Graphene for Semiconductor Industry

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El sustrato de grafeno para microprocesadores acelera los dispositivos electrónicos

El grafeno es el futuro de la electrónica de microprocesadores. Hasta ahora, su integración en los procesos de fabricación resultaba difícil.

Economía digital
Tecnologías industriales

El carbono existe en diversas formas físicas, las más conocidas de las cuales son el diamante y el grafito (la mina de los lápices). En 2004, se descubrió una estructura adicional llamada grafeno, consistente en una lámina simple de carbono de un átomo de grosor, que también puede formar tubos. El material posee una fuerza extraordinaria, conductividad eléctrica y otras propiedades. Uno de los muchos usos recién descubiertos del grafeno es en las «interconexiones» de microprocesadores. Estas funcionan como los cables internos de un chip al conectar los diversos microcomponentes. Las interconexiones actuales están fabricadas de cobre, pero el grafeno es un conductor más eficiente. Para que esta aplicación sea viable, debe lograrse que el grafeno sea compatible con los procesos y las herramientas de semiconductores industriales existentes. Esto implicará la integración del grafeno en los sustratos estándar de semiconductores. Sin embargo, las fábricas de semiconductores deben cumplir unos requisitos de pureza muy exigentes y, hasta el momento, ha resultado muy complicado. El proyecto financiado con fondos europeos G4SEMI desarrolló una solución que satisface los requisitos de las fábricas y ofrece el grafeno en un sustrato que puede integrarse fácilmente en los procesos existentes. El resultado es una nueva tecnología llamada grafeno en obleas. El equipo demostró su idoneidad y amplió la escala de su fabricación.

Del prototipo a la fase de preproducción

G4SEMI, como proyecto de fase 2, se basa en la tecnología de transferencia de síntesis por deposición química de vapor (DQV) desarrollada por el proyecto financiado con fondos europeos Graphene Flagship. Este proyecto anterior trabajó con clientes potenciales para comprender sus necesidades y limitaciones. Con esa aportación, G4SEMI logró avanzar la tecnología de grafeno en obleas desde un prototipo hasta la fase de preproducción para la industria de semiconductores comerciales. «Con la DQV —explica Jesús de la Fuente, coordinador de G4SEMI—, podemos depositar una capa de grafeno de alta calidad sobre un catalizador especial en un reactor de DQV». Los catalizadores aceleran las reacciones químicas. El primer paso del proceso de deposición consiste en preparar un catalizador a base de cobre que crea una capa de grafeno de alta calidad en el reactor de DQV. En el siguiente, se desarrolla una capa de grafeno sobre el catalizador. Para ello, hay que introducir el catalizador en un reactor en unas condiciones de temperatura y presión óptimas. Cualquier gas de carbono puede ser la fuente de carbono.

Nuevo proceso de transferencia y demostraciones

Los clientes necesitan el grafeno sobre una oblea específica para que se pueda utilizar en las fábricas existentes. «Para conseguirlo —continúa de la Fuente— hemos desarrollado un proceso de transferencia en que tomamos la capa de grafeno del sustrato y la traspasamos a la oblea portadora». El cliente puede introducir esta oblea en sus procesos de fabricación estándar. El equipo demostró el uso eficaz de los nuevos métodos en fábricas de semiconductores complementarios de óxido de metal, que representan la gran mayoría del mercado. Un elemento clave fue la ampliación de la producción de obleas a la escala de 200 mm que necesita la industria. Tras el éxito del proyecto, el equipo ha celebrado un acuerdo de suministro con socios clave de la industria, que supondrá multiplicar la capacidad de producción por veinticinco. Utilizar grafeno para las interconexiones evita un cuello de botella clave en la velocidad de los microprocesadores. La tecnología se aplicará a la fabricación de biosensores médicos avanzados con una sensibilidad muy mejorada. Asimismo, se aplicará a los interruptores ópticos capaces de desplazar una cantidad de datos cien veces superior a la de las fibras ópticas existentes y a chips con unas densidades de memoria más elevadas.

Palabras clave

G4SEMI, grafeno, semiconductor, deposición química de vapor (DQV), microprocesador, interconexiones, grafeno en obleas, chip, CMOS

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