La nueva era de los chips está en el horizonte: Intel, Samsung, TSMC y AMD exploran sustratos de vidrio

Durante décadas, el silicio ha sido el pilar fundamental en la creación de sustratos. Sin embargo, otras alternativas están emergiendo. Por ejemplo, los sustratos de carburo de silicio policristalino difieren del silicio en varios aspectos cruciales que afectan al rendimiento eléctrico de los semiconductores, tales como la brecha energética o banda prohibida (bandgap energy), la velocidad de saturación y el índice de conductividad térmica. Además, su diferente comportamiento con respecto a la movilidad de los electrones justifica su uso en electrónica de alta potencia debido a su rendimiento eléctrico distintivo.

Pese a estas alternativas, son los sustratos de vidrio los que prometen ser revolucionarios a corto y medio plazo en el ámbito de los semiconductores que desarrollan TSMC, Intel y Samsung. Este material ofrece ventajas significativas frente al silicio, incluidas la estabilidad térmica, la densidad de interconexión, la planitud y la integridad estructural. Intel ha invertido una década en el desarrollo de estos sustratos, y según la compañía, están preparados para su producción a gran escala.

El avance de los circuitos integrados está firmemente ligado a los sustratos de vidrio

Con el enfoque en el sustrato, es fundamental aclarar de qué se trata para evitar confusiones con las obleas. El sustrato es la base sólida sobre la que se construyen los circuitos electrónicos, garantizando su integridad estructural. Este material suele poseer propiedades semiconductoras, y sobre él se aplican capas adicionales de materiales semiconductores o dieléctricos.

Aunque están estrechamente vinculados, el sustrato y la oblea no son sinónimos. La oblea es una lámina circular de material semiconductor de alta pureza, comúnmente silicio monocristalino o policristalino, utilizada como base para fabricar semiconductores. Sobre ella se realizan procesos de fabricación fundamentales como dopado, deposición de películas, litografía o grabado. El sustrato, por otro lado, tiene un propósito más amplio, sirviendo principalmente como soporte mecánico.

Es esencial recordar que la oblea es el punto de inicio. Una vez que ha sido dopada, pulida o usada para el crecimiento de capas epitaxiales, se convierte en el sustrato necesario para fabricar un circuito integrado. Hemos mencionado las ventajas de los sustratos de vidrio sobre los de silicio, pero también hay retos que enfrentar en su desarrollo.

Uno de los principales desafíos es integrar conexiones verticales en el núcleo de vidrio para transmitir señales de datos y energía. AMD ha registrado una patente que aborda esta necesidad mediante láser de perforación, grabado húmedo y autoensamblaje magnético.

Otro reto es implementar capas de material que faciliten la distribución de señales y energía entre el chip y los componentes externos mediante conexiones de alta densidad. Como indicamos al principio, TSMC, Intel, Samsung y AMD están desarrollando sus propios sustratos de vidrio. NVIDIA, incluso, ha solicitado a TSMC que reanude el desarrollo de sustratos de vidrio, lo que sugiere que esta tecnología estará disponible comercialmente antes de que termine esta década.

Imagen | Intel

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