Computación
Los semiconductores en capas podrían ser el próximo salto en el almacenamiento de memoria
Los semiconductores son los bloques de construcción fundamentales de casi toda la electrónica moderna, alimentando todo, desde teléfonos inteligentes y computadoras hasta vehículos eléctricos, sistemas de IA y equipos industriales.
Son la tecnología central detrás de los circuitos integrados (IC), también conocidos como chips, lo que permite la creación de dispositivos más rápidos, más pequeños y más eficientes.
En cuanto a qué son los semiconductores, son materiales que tienen una conductividad eléctrica intermedia entre los conductores y los aislantes. El silicio (Si), el germanio (Ge) y el arseniuro de galio (GaAs) son algunos ejemplos.
Permiten que las corrientes eléctricas pasen dependiendo de factores como la temperatura ambiente o el campo magnético al que están expuestos. La conductividad de los semiconductores puede ajustarse mediante un proceso llamado dopado, donde se añaden impurezas.
Además de ser la base de los IC, las aplicaciones de los semiconductores incluyen transistores, que se usan para conmutación y amplificación en circuitos electrónicos. Los semiconductores también se utilizan en paneles solares para convertir la luz solar en electricidad, así como en diodos que permiten que la corriente fluya en una dirección.
El cambio hacia arquitecturas de semiconductores en capas
A medida que los semiconductores continúan evolucionando, los semiconductores híbridos orgánico‑inorgánicos están ganando mucho interés debido a su alta eficiencia en células solares y sus aplicaciones en diodos emisores de luz (LED). Combinan la flexibilidad y el bajo costo de los materiales orgánicos con las propiedades electrónicas de los materiales inorgánicos en un solo material.
Estos semiconductores en capas, que poseen una estructura de capas distintas de componentes orgánicos e inorgánicos que pueden organizarse para obtener propiedades y funcionalidades únicas, representan materiales de próxima generación para su uso en dispositivos optoelectrónicos de alto rendimiento.
En el ámbito de los semiconductores en capas, hace algunos años, investigadores de la Universidad Nacional de Australia demostraron un novedoso proceso de fabricación al estilo ‘sándwich’ para lograr electrónica de ultra bajo consumo basada en partículas híbridas de luz‑materia, los excitón‑polaritones.
Aquí, un semiconductor de un átomo de espesor se colocó entre dos espejos que mostraron una propagación robusta, sin disipación y de largo alcance de un excitón (un electrón ligado a un hueco) mezclado con luz que rebota entre espejos paralelos.
El proceso de fabricación al estilo ‘sándwich’ para una microcavidad óptica de alta calidad minimizó el daño al semiconductor atómicamente delgado mientras maximizaba la interacción entre los excitones y los fotones.
El material atómicamente delgado no era lo importante aquí; más bien, la clave era la construcción de la microcavidad. Se construyó apilando los componentes uno por uno, comenzando con el espejo inferior, luego una capa de semiconductor y finalmente un espejo en la parte superior. Sin embargo, la estructura superior se fabricó por separado para evitar dañar el semiconductor atómicamente delgado y mantener las propiedades de sus excitones.
Aunque este estudio se centró en interacciones luz‑materia en semiconductores ultra delgados, otros equipos de investigación están impulsando materiales híbridos en la dirección del almacenamiento de memoria.
El semiconductor híbrido ZnTe revela capacidades avanzadas de memoria
Entre los semiconductores en capas, el β‑ZnTe(en)₀.₅, en particular, ha recibido especial atención debido a su superior orden estructural y mayor estabilidad que la mayoría.
Aquí, la incorporación de la capa de material orgánico permite propiedades ópticas ajustables, modificaciones en la estructura de bandas y una mayor energía de unión del excitón.
Así, investigadores de la Washington State University junto con los de la University of North Carolina at Charlotte desarrollaron un material en capas1 que puede cambiar drásticamente su forma bajo presión, demostrando su capacidad para ayudar a las computadoras a almacenar más datos usando menos energía.
El material se basa en telururo de zinc híbrido (ZnTe) que el estudio mostró al experimentar asombrosos cambios estructurales cuando se comprime.
El telururo de zinc es un material semiconductor con una banda directa de aproximadamente 2,26 eV. Su banda directa permite una emisión y absorción de luz eficientes, lo que hace que el ZnTe sea adecuado para aplicaciones optoelectrónicas, incluidas células solares, fotodetectores y LEDs, así como en baterías de iones de litio, diodos láser, generadores de microondas y dispositivos electrónicos de alta velocidad.
Los cambios estructurales que el material híbrido basado en ZnTe experimentó en el estudio más reciente, financiado por el Departamento de Energía de EE. UU., lo convierten en un candidato prometedor para la memoria de cambio de fase (PCM).
La PCM es un tipo de memoria de acceso aleatorio no volátil (RAM) que funciona de manera diferente a la memoria que se encuentra en nuestros dispositivos. Es un almacenamiento de datos ultra rápido y de larga duración que no necesita una fuente de energía constante.
Este tipo de memoria aprovecha los cambios en la fase de un material, entre etapas amorfas y cristalinas. Este cambio de fase afecta la resistencia eléctrica del material, lo que permite almacenar y recuperar los datos.
Según el estudio, al igual que In₂Se₃ (selenuro de indio(III)), que experimenta cambios de fase a presiones moderadas, múltiples fases de ZnTe(en)₀.₅ también pueden utilizarse en dispositivos de memoria.
In₂Se₃ y el selenuro de indio (InSe) son materiales semiconductores en capas que exhiben una variedad de estructuras cristalinas y fases.
Un estudio interesante de finales del año pasado descubrió en realidad un método energéticamente eficiente para convertir cristales en vidrio, presentando una solución altamente eficiente para dispositivos que usan PCM.
Actualmente, la PCM depende de un proceso altamente intensivo en energía, que implica calentar cristales por encima de 800 °C con láseres o pulsos eléctricos, seguido de un enfriamiento rápido. El estudio, realizado por investigadores del IISc, UPenn y MIT, reveló que el selenuro de indio permite la transición de sólido a vidrio mediante “auto‑shocks” internos, por lo que no se requieren altas temperaturas.
Lo que ocurre aquí es que, cuando se aplica una corriente eléctrica a la estructura delgada y en capas del selenuro de indio, las capas se deslizan en diferentes direcciones, creando áreas donde los átomos se alinean en patrones específicos separados por límites, que actúan como placas tectónicas, y cuando colisionan, producen pequeñas ondas mecánicas y eléctricas.
Cada una de estas ondas perturba la estructura cristalina, creando a su vez pequeños parches que se transforman en vidrio, los cuales finalmente se extienden a todo el material.
“La investigación de PCM se había desacelerado debido al desafío de encontrar materiales adecuados. Pero ahora, la estructura 2D y las propiedades únicas del selenuro de indio han convergido para crear esta vía ultra‑baja energía para la amorfización mediante shocks,” dijo el co‑autor Pavan Nukala, quien añadió que “estamos impulsando la integración de estos dispositivos en plataformas CMOS”.
Transformaciones estructurales dramáticas inducidas por presión
En el estudio más reciente, el material fabricado se llama β‑ZnTe(en)₀.₅ y está compuesto por capas alternas de telururo de zinc.
Junto con capas alternas de ZnTe de dos monocapas de espesor, el equipo utilizó etilendiamina (en=C₂N₂H₈) como la molécula orgánica. Es un compuesto usado como bloque de construcción para la producción de productos químicos. Como sensibilizador de contacto, es capaz de producir reacciones tanto locales como generalizadas.
Al comparar la estructura del material con la de un sándwich, el co‑autor del estudio Matt McCluskey, profesor de física en WSU, señaló:
“Imagine capas de cerámica y plástico apiladas una y otra vez. Cuando aplica presión, las partes blandas colapsan más que las rígidas.”
Para aplicar la presión, usaron una celda de yunque de diamante (DAC), un dispositivo de alta presión utilizado en experimentos de ciencia de materiales e ingeniería para estudiar materiales bajo condiciones extremas. La DAC permite que una muestra diminuta sea comprimida a presiones extremas.
Así, el equipo utilizó la DAC para aplicar presión extrema y luego observó los cambios en el material usando el sistema de rayos X.
El sistema de difracción de rayos X (XRD) fue en realidad lo que hizo posible la investigación, adquirido hace algunos años por más de 1 millón de dólares con la ayuda del Murdock Charitable Trust.
XRD es una técnica de laboratorio que utiliza rayos X para revelar información estructural como la estructura cristalina y la composición química de los materiales. Este poderoso método permitió a los investigadores observar cambios estructurales diminutos en el material a medida que ocurrían.
Aunque este tipo de experimentos tienden a realizarse en instalaciones nacionales como el Advanced Light Source en el Laboratorio Nacional de Berkeley en California, lo que requiere mucho tiempo, gracias al equipo especializado, los investigadores pudieron hacerlo todo, justo en el campus de Pullman de WSU, y eso lo hace “mucho más emocionante”.
“Poder hacer estos experimentos de alta presión en el campus nos dio la flexibilidad de profundizar realmente en lo que estaba sucediendo. Descubrimos que el material no solo se comprimió, sino que realmente cambió su estructura interna de manera significativa.”
– McCluskey
La observación reveló que el material pasó por dos cambios de fase a bajas presiones de 2,1 y 3,3 gigapascales (GPa). El cambio en la estructura del material fue dramático en ambos casos, experimentando una reducción de hasta un 8 %.
Los cambios observados en XRD fueron luego verificados con espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), una técnica usada para obtener un espectro infrarrojo de emisión o absorción de un sólido, líquido o gas. También demostró cambios en los modos vibracionales en ambas presiones de transición de fase.
Aplicaciones futuras potenciales
Una transición de fase de un material se refiere a cambios en su estructura a nivel atómico como resultado de variaciones en condiciones externas como presión o temperatura. En este estudio, los cambios ocurrieron entre dos estados sólidos, donde los átomos se reorganizaron en una configuración más densa.
Tales transiciones pueden cambiar significativamente ciertas propiedades de los materiales, como la forma en que emiten luz o conducen electricidad.
Con diferentes fases estructurales que generalmente poseen características ópticas y eléctricas distintas, se cree que son útiles para codificar información digital, que es la base de la memoria de cambio de fase.
Las transiciones para β‑ZnTe(en)₀.₅, según el estudio, ocurrieron a presiones considerablemente más bajas que el cambio de fase más bajo reportado para el telururo de zinc puro.
“La mayoría de materiales como este necesitan enormes cantidades de presión para cambiar la estructura, pero este comenzó a transformarse a una décima parte de la presión que usualmente vemos en el telururo de zinc puro. Eso es lo que hace a este material tan interesante: muestra grandes efectos a presiones mucho más bajas.”
Pero eso no es todo. Los hallazgos del estudio sugieren una alta respuesta anisotrópica a la presión del material, lo que significa que la propiedad varía en magnitud en diferentes direcciones, siendo la capa orgánica altamente reactiva a los cambios de presión.
Combinar la sensibilidad direccional, donde la dirección en que se comprime el material cambia su comportamiento, con la estructura en capas hace que el material sea aún más ajustable, abriendo la puerta a casos adicionales como la fotónica, donde la luz se usa para mover y almacenar información.
El material realmente emite luz ultravioleta, y los investigadores piensan que su brillo también podría cambiar dependiendo de su fase. Esta capacidad puede hacer que β‑ZnTe(en)₀.₅ sea útil en fibra óptica o computación óptica.
Aunque muestra un enorme potencial como material de memoria comercial, β‑ZnTe(en)₀.₅ aún está en una etapa muy temprana de desarrollo, como afirma Miller:
“Apenas estamos comenzando a entender lo que estos materiales híbridos pueden hacer.”
El siguiente paso del equipo en el estudio es aprender cómo responde el material a cambios de temperatura y luego investigar qué ocurre cuando se aplican simultáneamente calor y presión al material. De esta manera, los investigadores construirán un mapa más completo de los comportamientos y posibilidades de β‑ZnTe(en)₀.
Invertir en semiconductores
En el mundo de los semiconductores, la capitalización de mercado de $2,8 billones de NVIDIA Corporation (NVDA ) es el nombre más grande, que domina las tecnologías de IA y GPU. Otros actores prominentes en el campo incluyen el fabricante de chips legado de $90 mil millones Intel Corporation (INTC ), que se está expandiendo hacia IA y memoria avanzada, y $160 mil millones Advanced Micro Devices (AMD ), que explora tecnologías emergentes de semiconductores.
Pero hoy, vamos a profundizar en Micron (MU ), que se especializa en memoria y almacenamiento, incluida la memoria de cambio de fase (PCM). Con la memoria y el almacenamiento convirtiéndose en cuellos de botella en la computación moderna, Micron se destaca como una de las pocas compañías que abordan este desafío de frente. Y a medida que la demanda aumenta por IA, infraestructura en la nube y dispositivos de borde, el liderazgo de Micron tanto en DRAM como en NAND, junto con su trabajo en tecnologías de próxima generación como la memoria de cambio de fase, lo convierten en un actor crítico a observar en el sector de semiconductores.
Micron Technology (MU )
El proveedor de soluciones de memoria y almacenamiento ofrece una cartera de productos DRAM, NAND y NOR de alto rendimiento.
Opera a través de la Unidad de Negocio de Computación y Redes (CNBU), que brinda soluciones para centros de datos, gráficos, PC y mercados de redes; la Unidad de Negocio Móvil (MBU), que atiende a los mercados de teléfonos inteligentes y otros dispositivos móviles; la Unidad de Negocio Embebida (EBU), que sirve a los mercados industriales, automotrices y de consumo embebidos; y la Unidad de Negocio de Almacenamiento (SBU), que incluye SSD y soluciones de almacenamiento a nivel de componentes.
La compañía es la primera en enviar soluciones de memoria HBM3E y SOCAMM a nivel mundial para servidores de IA en colaboración con NVIDIA.
(MU )
Micron tiene una capitalización de mercado de $90,2 mil millones, con sus acciones cotizando a $79,55, con una caída de solo alrededor del 4 % en lo que va del año. Su EPS (TTM) es 4,14, el P/E (TTM) es 19,51 y el rendimiento de dividendos ofrecido es apenas 0,57 %.
En marzo, la compañía anunció los resultados financieros de su segundo trimestre del año fiscal 2025, que finalizó el 27 de febrero de 2025, revelando unos ingresos de $8,05 mil millones, una disminución respecto a $8,71 mil millones del trimestre anterior pero un aumento respecto a $5,82 mil millones en el mismo período del año pasado.
El ingreso neto GAAP fue de $1,58 mil millones, o $1,41 por acción diluida mientras el ingreso neto no GAAP fue de $1,78 mil millones, o $1,56 por acción diluida. El flujo de efectivo operativo del período ascendió a $3,94 mil millones.
“Micron entregó un EPS del segundo trimestre fiscal por encima de la guía y los ingresos del centro de datos se triplicaron respecto al año anterior,” dijo el CEO Sanjay Mehrotra quien señaló el lanzamiento del nodo de DRAM de 1‑gamma, ampliando el liderazgo tecnológico de la compañía. En el tercer trimestre, Micron espera alcanzar “ingresos trimestrales récord… con un crecimiento de la demanda de DRAM y NAND tanto en centros de datos como en mercados orientados al consumidor.”
Últimas noticias sobre Micron Technology
Conclusión
Como columna vertebral de la electrónica moderna, los semiconductores son críticos para los avances tecnológicos. Es a través de la innovación en la tecnología de semiconductores que se han creado productos nuevos y mejores, así como avances en todo, desde teléfonos inteligentes hasta sistemas de IA.
En este contexto, la nueva investigación marca un cambio importante al ir más allá de las arquitecturas tradicionales basadas en silicio hacia híbridos orgánico‑inorgánicos en capas. El descubrimiento de la capacidad única del material para experimentar transiciones de fase a bajas presiones con tunabilidad estructural introduce una nueva frontera para los materiales en optoelectrónica y convierte a β‑ZnTe(en)₀.₅ en un candidato prometedor para tecnologías de memoria energéticamente eficientes y de alto rendimiento.
Una mayor exploración bajo condiciones térmicas variables podría incluso abrir aplicaciones completamente nuevas para el material en computación óptica, fibra óptica y almacenamiento de datos de bajo consumo, marcando un capítulo emocionante en la continua revolución de los semiconductores.
Haga clic aquí para obtener una lista de las principales acciones de equipos de semiconductores.
Estudios referenciados:
1. Miller, J. C., Wang, Y., Zhang, Y., Schmedake, T. A., & McCluskey, M. D. (2025). Transiciones de fase de β‑ZnTe(en)₀.₅ bajo presión hidrostática. AIP Advances, 15(4), 045308. https://doi.org/10.1063/5.0266352
