Perovskitas Depositas por Vapor Impulsando los Semiconductores de Próxima Generación

La electrónica ha influido enormemente en la sociedad moderna, no solo en las telecomunicaciones y el entretenimiento, sino también en la educación, la atención médica, el transporte, la fabricación, la computación y la seguridad.

Un componente crítico en los dispositivos eléctricos es un semiconductor, también conocido como chip. Un semiconductor es un material con algunas de las propiedades tanto de los aislantes como de los conductores. Puede modificarse para satisfacer las necesidades específicas del componente electrónico en el que se encuentra. Sus funciones incluyen la amplificación de señales, el conmutado y la conversión de energía.

La industria de los semiconductores se centra en desarrollar productos más pequeños, más rápidos y más baratos, y está explorando constantemente nuevos materiales para lograr estos objetivos y avanzar la próxima generación de dispositivos electrónicos.

Explorando Perovskitas a Base de Estaño (Sn) No Tóxicas para Semiconductores

Entre los semiconductores emergentes, la perovskita de haluro metálico ha ganado tracción gracias a sus excelentes propiedades de transporte de carga y su capacidad de deposición a gran escala y a bajo costo a bajas temperaturas. 

Los haluros metálicos son compuestos formados cuando los elementos metálicos y halógenos se combinan. Ejemplos incluyen el cloruro de sodio, que es la sal, y el hexafluoruro de uranio, que es el combustible utilizado en los reactores de energía nuclear. 

Las perovskitas son una clase de materiales con una estructura cristalina ABO3. Aquí, A es un elemento de tierras raras, mientras que B es un metal de transición. Estos materiales se producen mediante la descomposición térmica de acetatos, nitratos y carbonatos a altas temperaturas entre 600 y 900 grados Celsius.

Entre las perovskitas de haluro metálico, los candidatos no tóxicos a base de estaño (Sn) con su estructura cristalina única han surgido como prometedores. Los semiconductores basados en estaño son materiales muy deseables para aplicaciones energéticas debido a su baja toxicidad y biocompatibilidad.

Un estudio¹ realizado por investigadores de la Universidad Estatal de Iowa se centró en los chalcohaluros a base de estaño, que se están explorando como semiconductores para múltiples aplicaciones. En realidad, poseen propiedades optoelectrónicas, exhiben una alta estabilidad inherente y una eficiencia de conversión de energía.

El estudio se enfocó en el desarrollo de semiconductores de chalcohaluro de estaño multicomponentes, utilizando un método versátil en fase de solución, como alternativas libres de plomo para aplicaciones optoelectrónicas. Validó que los chalcohaluros de estaño demuestran una notable estabilidad al agua bajo condiciones ambientales y una excelente resistencia al calor con el tiempo en comparación con las perovskitas de haluro. Con este trabajo, el objetivo ha sido ayudar a diseñar semiconductores y dispositivos más estables y biocompatibles.

TFTs de Canal P de Alto Rendimiento para Velocidad y Eficiencia

En lo que respecta a las perovskitas de haluro de estaño (Sn) no tóxicas, como el yoduro de cesio y estaño (CsSnI3), el yoduro de formamidinio y estaño (FASnI3) y el yoduro de metilamonio y estaño (MASnI3), muestran potencial en el desarrollo de transistores de película delgada (TFT) de canal p de alto rendimiento.

Los TFT se utilizan mayormente en pantallas de cristal líquido (LCD) y son la fuerza motriz detrás de las pantallas planas en smartphones, tabletas, laptops, computadoras de escritorio y televisores HD.

Al usar nuestros dispositivos, miles de componentes microscópicos, también conocidos como transistores, operan incansablemente detrás de escena, regulando corrientes eléctricas para mostrar imágenes y garantizar un funcionamiento fluido. 

Ahora, los transistores se clasifican como tipo n (transporte de electrones) y tipo p (transporte de huecos). Los dispositivos tipo n generalmente demuestran un rendimiento superior. Pero si queremos lograr computación de alta velocidad consumiendo poca energía, los transistores tipo p también deben alcanzar una eficiencia comparable.

Por lo tanto, el enfoque está en los transistores de película delgada de canal p de alto rendimiento. Para producir TFT, normalmente se deposita un semiconductor como silicio o óxidos metálicos y una capa dieléctrica, generalmente de materiales inorgánicos, sobre un sustrato no conductor como vidrio o plástico.

Ahora, si queremos usar las perovskitas como capas de canal, es decir, como material semiconductor, en aplicaciones de transistores de película delgada, necesitamos ajustar su extrema concentración de huecos. También debemos controlar el proceso de cristalización para extender el tiempo de dispersión. 

Para regular la nucleación y cristalización de los precursores de perovskita de haluro Sn2+, se utilizan métodos de ingeniería de composición. Permiten que los TFT alcancen altas movilidades de campo de hueco que están al nivel de dispositivos policristalinos de baja temperatura, que se utilizan principalmente en la industria fotovoltaica solar y electrónica.

La técnica principal de deposición utilizada para películas delgadas de perovskita de haluro Sn2+ es el procesamiento en solución, que es como empapar tinta en papel. Esta técnica permite pruebas de optimización rápidas y rentables.

Este rápido progreso en el laboratorio, así como las perspectivas de fabricación futura de bajo costo y alto rendimiento, son la razón por la cual la mayor parte de la investigación en torno al uso de materiales de perovskita de haluro en optoelectrónica se centra principalmente en métodos de deposición basados en solución.

En el mundo real, sin embargo, esto no es en absoluto el caso. Eso se debe a que transferir la técnica del laboratorio a un entorno industrial es un desafío. Cuando se implementa en una cadena de producción industrial optoelectrónica, incluso los más experimentados luchan por lograr un rendimiento de producción y reproducibilidad suficientes con este método.

Así que, aunque las perovskitas de haluro de estaño (Sn2+) procesadas en solución son viables para TFTs de canal p con un rendimiento comparable al de la tecnología comercial de polisilicio de baja temperatura, el problema surge no solo en la calidad consistente sino también en la escalabilidad y comercialización debido a su baja compatibilidad con los procesos de fabricación existentes para pantallas planas y dispositivos semiconductores. 

Las Técnicas de Deposición Basadas en Vapor Asumen el Liderazgo

La deposición por vapor ha surgido como una alternativa a las técnicas basadas en solución para producir Transistores de Película Delgada (TFT).

De hecho, es una técnica popular y líder para la electrónica de película delgada comercializada debido a su simplicidad, excelencia en precisión, calidad de película sobresaliente y compatibilidad con procesos de producción convencionales. 

El espesor y la morfología de la película delgada tienen un impacto crítico en el rendimiento del dispositivo, y la deposición por vapor permite su manipulación precisa.

Tanto la deposición física de vapor (PVD) como la deposición química de vapor (CVD) ofrecen un control excelente sobre el espesor, la composición y las propiedades de la película. 

Debido a las limitaciones de las técnicas basadas en solución, las técnicas de deposición basadas en vapor son las más comúnmente usadas en entornos industriales reales, especialmente en la fabricación fotovoltaica. Por ejemplo, el proveedor líder de energía solar fotovoltaica, First Solar (FSLR ), utiliza procesamiento por vapor para producir sus células solares de teluro de cadmio. Otro ejemplo es Heliatek GmbH, que usa evaporación térmica para sus fotovoltaicos orgánicos comerciales.

Pero, por supuesto, las técnicas de deposición basadas en vapor no están exentas de desafíos. Esto incluye altos costos, complejidad del proceso, rendimiento limitado y limitaciones en el tamaño y forma del sustrato.

Un estudio del año pasado introdujo un método novedoso² llamado sublimación flash continua (CFS) para superar las limitaciones de la deposición por vapor en la producción de películas de perovskita de haluro inorgánico de alta calidad.

Su técnica CFS permitió una deposición rápida y continua, reduciendo el tiempo de fabricación y mejorando la uniformidad de la película, lo cual es crucial para la fabricación escalable de dispositivos basados en perovskita.

Según los hallazgos del estudio, el uso de películas derivadas mediante CFS en células solares prácticas resultó en un rendimiento que no solo estaba al nivel de las películas depositadas en solución, sino también superior a los dispositivos de perovskita totalmente inorgánicos depositados por vapor previamente reportados.

La investigación reportó eficiencias de conversión de energía del 15%, proporcionando “las células solares procesadas por vapor más eficientes que emplean un absorbente de perovskita de haluro inorgánico”, al tiempo que resolvía los desafíos de las células solares de perovskita procesadas por vapor, incluyendo tiempos de procesamiento demasiado largos y la falta de deposición continua, ambos obstaculizando la aplicación rápida de enfoques basados en vapor a escala industrial.

Revolucionando los Semiconductores con Capas Vaporizadas de CsSnI3

Los procesos de cristalización de la deposición por vapor implican reacciones sólidas lentas, en contraste con reacciones iónicas rápidas en el procesamiento en solución.

Esto representa un desafío para lograr canales de perovskita Sn2+ de alta calidad y alta movilidad con una densidad de huecos adecuada mediante deposición por vapor.

Para superar las limitaciones, un equipo de investigadores liderado por el Dr. Youjin Reo y el Profesor Yong-Young Noh del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) ha desarrollado una tecnología revolucionaria.

Lo que hizo el equipo fue utilizar un enfoque de evaporación térmica con CsSnI3 (yoduro de cesio y estaño inorgánico) para fabricar TFTs de perovskita de haluro Sn2+ de canal p, los cuales muestran potencial para revolucionar las pantallas y dispositivos electrónicos de próxima generación. 

El estudio, que se llevó a cabo de forma colaborativa con los Profesores Huihui Zhu y Ao Liu de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China (UESTC), fue publicado en Nature Electronics³ y recibió apoyo del Gobierno de Corea, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y Samsung Display Corporation.

El equipo aplicó con éxito la evaporación térmica, que se usa ampliamente para fabricar chips semiconductores y televisores OLED, para producir capas semiconductoras de CsSnI3 de alta calidad.

Con este método, los materiales se vaporizan a altas temperaturas para crear películas delgadas sobre un sustrato.

Además de depositar por vapor TFTs de canal p basados en CsSnI3 inorgánico, el equipo utilizó cloruro de plomo (PbCl2) como aditivo. Con solo agregar una pequeña cantidad de PbCl2, mejoraron la uniformidad y la cristalinidad de las películas delgadas de perovskita. 

El mecanismo consistió en que el cloruro volátil se utilizó como iniciador de reacción, provocando reacciones en estado sólido de los compuestos de perovskita evaporados, lo que condujo a la formación completa de la fase perovskita. A su vez, esto promovió granos agrandados y densamente empaquetados de manera en cascada. 

Además de facilitar la formación de películas de perovskita consistentes y de alta calidad, también modula la alta densidad de huecos, haciéndolas adecuadas para su uso como capa de canal.

Los TFT optimizados del estudio (TFTs CsSnI3:PbCl2) mostraron una estabilidad de almacenamiento a largo plazo (más de 150 días) y un rendimiento sobresaliente, alcanzando una movilidad de huecos de más de 33.8 cm² V⁻¹ s⁻¹ y una relación de corriente encendido/apagado (Ion/Ioff) superior a 10⁸. Este rendimiento fue comparable al de los semiconductores de óxido tipo n comercializados actualmente, lo que sugiere un procesamiento de señales rápido y un bajo consumo de energía durante el conmutado.

Además, el equipo fabricó una matriz de TFT de perovskita de haluro Sn2+ de gran escala y uniformidad. Con este logro, junto con la mejora de la estabilidad del dispositivo, la innovación de POSTECH en colaboración con los investigadores de UESTC supera eficazmente las principales limitaciones técnicas de los métodos basados en solución.

Cabe destacar que, al ser compatible con las herramientas de fabricación existentes utilizadas en la producción de pantallas OLED, la tecnología presenta un potencial significativo para reducir costos y simplificar los procesos de fabricación.

Según el estudio, los TFT depositados por vapor tienen el potencial de usarse en backplanes para pantallas de diodos emisores de luz orgánicos (OLED) o en dispositivos lógicos y circuitos para integración 3D monolítica, que requieren bajas temperaturas de proceso.

“Esta tecnología abre posibilidades emocionantes para la comercialización de pantallas ultra delgadas, flexibles y de alta resolución en smartphones, televisores, circuitos integrados apilados verticalmente e incluso electrónica portátil debido a la baja temperatura de procesamiento por debajo de 300 °C.”

– Profesor Yong-Young Noh

A medida que los avances en materiales semiconductores continúan evolucionando, veamos ahora a un importante actor invertible de la industria.

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Invertir en Semiconductores

En el mundo de los semiconductores, Intel (INTC ) es una de las mayores compañías, y está fuertemente invertida en desarrollar tecnologías de chips avanzadas. A medida que la industria se desplaza hacia transistores más pequeños y eficientes, innovaciones como las perovskitas depositadas por vapor son de gran interés para Intel, que busca alternativas al silicio en aplicaciones específicas.

Sin mencionar que Intel está constantemente trabajando en integrar nuevos materiales en el diseño de chips para mejorar el rendimiento y la arquitectura general del chip. 

Intel Corporation (INTC )

La compañía opera a través de tres segmentos. Los productos de Intel incluyen Network and Edge (NEX), Data Center and AI (DCAI) y Client Computing Group (CCG). El segmento Intel Foundry es otro, mientras que todos los demás segmentos cubren Altera, Mobileye y otros.

El mayor fabricante de chips de EE. UU. cuenta con importantes fabricantes de PC como Dell, Lenovo y HP como sus clientes. También fabrica chips de vanguardia para el Departamento de Defensa de EE. UU. Además, Intel ha asegurado asociaciones con compañías como Microsoft (MSFT ), Cisco, SAP y Amazon. 

Intel tiene una capitalización de mercado de 91,23 mil millones de dólares, y sus acciones se cotizan actualmente a 20,93 $, con un aumento del 4,6 % este año hasta ahora. Su EPS (TTM) es -4,48, y el P/E (TTM) es -4,68, pero no se ofrece rendimiento de dividendos a los accionistas.

Aunque el desempeño de INTC se ha vuelto positivo este año, los precios de las acciones siguen muy lejos del pico de 2021 de casi 67,5 $. 2023 fue un buen año para las acciones de Intel. Pero el año pasado fue difícil, ya que los precios cayeron por debajo de 19 $, y este año, la incertidumbre provocada por aranceles y una posible guerra comercial ha estado afectando al amplio mercado de valores.

“El entorno macroactual está creando una incertidumbre elevada en toda la industria,” señaló el CFO David Zinsner. Mientras la compañía adopta un “enfoque disciplinado y prudente” en una llamada con analistas, Zinsner señaló que las políticas comerciales y los riesgos regulatorios “han aumentado la probabilidad de una desaceleración económica, con la probabilidad de una recesión en aumento.”

Sin embargo, se pueden observar algunas noticias positivas en la preparación de la administración Trump para revertir las restricciones de exportación de chips de EE. UU. conocidas como la ‘regla de difusión de IA.’ Esto pondrá fin a un conjunto de límites que fueron impuestos a los fabricantes de semiconductores por la administración Biden y que estaban programados para entrar en vigor el 15 de mayo.

Bajo esta regla, los países se organizan en tres niveles diferentes, y a todos se les restringe el envío de chips de IA avanzados como los fabricados por Intel y Nvidia (NVDA ) sin una licencia.

“La regla de IA de Biden es excesivamente compleja, excesivamente burocrática, y obstaculizaría la innovación estadounidense. La reemplazaremos con una regla mucho más simple que libere la innovación estadounidense y garantice la dominancia de la IA estadounidense.”

– Portavoz del Departamento de Comercio

En cuanto a las finanzas de Intel, el primer trimestre de 2025 mostró un crecimiento interanual plano, con ingresos de 12,7 mil millones de dólares, mientras que las ganancias (pérdida) por acción (EPS) fueron de $(0,19) y el EPS no GAAP fue de 0,13 $. Esto sigue a un ingreso total de 53,1 mil millones de dólares en todo 2024, lo que representó una caída del 2 % interanual, mientras que el EPS fue de $(4,38) y el EPS no GAAP fue de $(0,13).

Se espera que la desaceleración continúe en el próximo trimestre, con Intel pronosticando ingresos entre 11,2 mil millones y 12,4 mil millones de dólares. Sin embargo, la compañía ha anunciado planes para recortar gastos en el próximo año, los primeros bajo el CEO Lip‑Bu Tan. Se espera que sus gastos operativos de 2025 sean de 17 mil millones de dólares, y sus gastos de 2026 sean de 16 mil millones de dólares.

“El primer trimestre fue un paso en la dirección correcta, pero no hay soluciones rápidas mientras trabajamos para volver a una trayectoria que nos permita ganar cuota de mercado y impulsar un crecimiento sostenible,” dijo Tan, quien invirtió en cientos de empresas tecnológicas chinas. Bajo su liderazgo, la compañía está “tomando acciones rápidas para lograr una mejor ejecución y eficiencia operativa mientras empodera a nuestros ingenieros para crear grandes productos.”

Así que, Intel está claramente navegando un período desafiante. Además de los ingresos decrecientes y el desempeño de mercado insatisfactorio, la compañía está perdiendo cuota de mercado, y sus inversiones en el negocio de fundiciones aún no han producido resultados significativos. Intel también ha tenido fallas de ejecución al lanzar nuevos productos.

Sin embargo, una reestructuración agresiva bajo el nuevo liderazgo, que podría implicar despidos, especulaciones sobre una escisión o la venta de una participación en la operación de fundición a TSMC, y el potencial de recuperar su liderazgo con Intel 18A, que ya ha asegurado el apoyo de Microsoft y también está siendo considerado por Nvidia y Google, pueden ayudar a Intel a lograr un regreso significativo, aunque la ejecución será crucial.

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Conclusión

Los semiconductores son la base de la electrónica moderna. Y con la demanda de dispositivos más baratos, más rápidos y más pequeños, la innovación de materiales se ha vuelto más importante que nunca.

En este contexto, el avance logrado por el último estudio muestra un enorme potencial para revolucionar las tecnologías convencionales de transistores de película delgada. Los avances en los TFT de perovskita de haluro Sn2+ depositados por vapor han mejorado la estabilidad térmica y la compatibilidad con los métodos de fabricación OLED existentes, lo que destaca un futuro prometedor para la integración de semiconductores basados en perovskita en electrónica flexible y 3D. 

A través de estas continuas innovaciones, avanzamos hacia un futuro con dispositivos inteligentes altamente compactos, energéticamente eficientes y flexibles.

Haga clic aquí para obtener una lista de las principales acciones de equipos de semiconductores.

Estudios Referenciados:

1. Roth, A. N., Porter, A. P., Horger, S., Ochoa-Romero, K., Guirado, G., Rossini, A. J., & Vela, J. (2024). Semiconductores sin plomo: Evolución de fase y estabilidad superior de los chalcohaluros de estaño multicomponentes. Chemistry of Materials, 36(9), 4542–4552. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.4c00209

2. Abzieher, T., Muzzillo, C. P., Mirzokarimov, M., Lahti, G., Kau, W. F., Kroupa, D. M., Cira, S. G., Hillhouse, H. W., Kirmani, A. R., Schall, J., Kern, D., Luther, J. M., & Moore, D. T. (2024). Sublimación flash continua de perovskitas de haluro inorgánico: superando las limitaciones de velocidad y continuidad de la deposición por vapor. Journal of Materials Chemistry A, 12, 8405–8419. https://doi.org/10.1039/D3TA05881F

3. Reo, Y., Zou, T., Choi, T., et al. (2025). Transistores de perovskita de estaño de alto rendimiento depositados por vapor. Nature Electronics. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01380-8