El desarrollo de semiconductores bidimensionales (2D) ha abierto una puerta a la miniaturización extrema de dispositivos electrónicos, con promesas de circuitos más rápidos, eficientes y compactos. Sin embargo, los procesos tradicionales para fabricar estos materiales a escala industrial suelen implicar tratamientos térmicos intensos y productos químicos agresivos, que afectan tanto al material como al entorno.
Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), en colaboración con la Universidad Yonsei en Corea del Sur, ha desarrollado un método que rompe con esta lógica destructiva. La propuesta combina una técnica de fotopatrocinado directo con disolventes ecológicos, lo que permite crear circuitos con materiales 2D como el disulfuro de molibdeno (MoS2) sin recurrir a procesos tóxicos o de alta temperatura.
El corazón del proceso: luz ultravioleta y alcohol isopropílico
La metodología desarrollada se basa en una combinación química que permite a los materiales 2D adherirse al sustrato de forma precisa. Para ello, los investigadores emplearon una solución compuesta por un disolvente ecológico —el alcohol isopropílico— y un agente entrecruzador (cross-linker) diseñado especialmente para esta aplicación.
Este entrecruzador, derivado de compuestos azida, fue modificado para volverse soluble en alcoholes, algo que en su versión original no ocurría. Esta solubilidad fue fundamental para lograr una dispersión estable del material 2D en el medio líquido. Una vez depositada esta mezcla sobre un sustrato, la exposición a luz ultravioleta provoca que el agente entrecruzador se active y solidifique el patrón deseado del circuito.
El proceso recuerda al revelado de una fotografía analógica: se expone, se fija la imagen y luego se eliminan los residuos. Aquí, el material que no reacciona con la luz UV se retira simplemente con agua, sin necesidad de ácidos ni solventes peligrosos.
Resultados prometedores y estables en el tiempo
Para validar la eficacia de este método, los investigadores fabricaron transistores basados en MoS2, obteniendo una movilidad de portadores de carga de 20.2 cm²/V·s, un voltaje umbral de 2.0 V y una relación on/off de 2.7 millones. No sólo eso: un conjunto de 49 transistores mantuvo un funcionamiento estable durante más de dos meses, sin degradación observable.
Esta estabilidad operativa es crucial si se piensa en aplicaciones comerciales. En el mundo de la electrónica, un dispositivo que se degrada con el tiempo pierde valor. La durabilidad demostrada por estos transistores sugiere que el proceso no solo es viable desde el punto de vista medioambiental, sino también desde la perspectiva funcional.
Circuitos lógicos y memorias en un solo paso
Uno de los mayores logros del estudio fue la posibilidad de patronar tanto semiconductores tipo p como tipo n sobre un mismo sustrato, lo cual permitió fabricar compuertas lógicas como NOT, NAND y NOR, así como celdas de memoria SRAM. Este avance representa un paso importante hacia la fabricación de circuitos integrados completos usando materiales 2D.
Esto implica que podríamos llegar a producir chips enteros con este sistema, sin necesidad de mezclar diferentes tecnologías o materiales. La simplificación en el proceso podría traducirse en menores costes de fabricación y una mayor adopción en la industria.
Aplicación de tecnologías de otras áreas
Lo más interesante es que esta tecnología de fotopatrocinado con UV no es nueva en sí misma. Se utiliza ampliamente en la fabricación de pantallas basadas en puntos cuánticos. Lo que hizo este equipo fue adaptarla a los materiales 2D, que son mucho más delicados y difíciles de manipular. Esta transferencia de tecnología entre disciplinas demuestra el valor de mirar más allá de los métodos convencionales y buscar soluciones en campos paralelos.
El profesor BongSoo Kim, uno de los líderes del proyecto, destacó precisamente esta adaptación como un punto de inflexión en el uso responsable de materiales sensibles, subrayando el potencial de esta metodología para impulsar una nueva generación de dispositivos eficientes, sostenibles y de alta precisión.
Implicaciones para el futuro de los semiconductores
La miniaturización constante de los dispositivos electrónicos exige nuevos materiales y procesos que no solo sean eficientes, sino también sostenibles. Este nuevo enfoque podría permitir la producción masiva de chips de bajo consumo con una menor huella ambiental, algo fundamental ante el crecimiento exponencial de la demanda de dispositivos conectados.
Evitar el uso de sustancias tóxicas no es solo una cuestión ecológica; también facilita la fabricación en entornos más seguros, reduce costes de manejo de residuos y simplifica el escalado industrial. Si la industria adopta esta metodología, podríamos ver una nueva etapa en la fabricación de semiconductores donde el cuidado ambiental y la eficiencia vayan de la mano.