The post-silicon race will be won in factoriesLa carrera pos-silicio se ganará en las fábricas
28 slides · 18 min · 2026-07-22language
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HanademiPlatzi
Manufacturing begins where a strong material measurement becomes an average finished device.
The 400,000x gap makes finished-device averages the manufacturing benchmark.
Wafer diameter answers where a process ran, not whether customers can buy it.
La fabricación comienza cuando una gran medición material se convierte en un dispositivo terminado promedio.
La brecha de 400.000x convierte al promedio terminado en la referencia manufacturera.
El diámetro indica dónde funcionó un proceso, no si los clientes pueden comprarlo.
The wafer-scale material reached 1,200 cm²/V·s in Hall channels. Finished transistor arrays from the same study averaged about 100. That gap separates material potential from integrated-device performance. Factory winners must preserve the advantage after every interface and process step is added.
El material a escala de oblea alcanzó 1.200 cm²/V·s en canales Hall. Las matrices de transistores terminadas del mismo estudio promediaron unos 100. Esa brecha separa el potencial material del desempeño del dispositivo integrado. Un ganador industrial debe conservar la ventaja después de cada interfaz y etapa.
The argument moves between material science and factory engineering. These terms are enough to follow it. The central distinction is simple: a material can perform brilliantly before its devices become repeatable.
El argumento conecta ciencia de materiales e ingeniería de fábricas. Estos términos bastan para seguirlo. La distinción central es sencilla: un material puede rendir de forma brillante antes de que sus dispositivos sean repetibles.
A GaAs device exceeded 40 million cm²/V·s. Finished wafer-scale MoS₂ transistor arrays averaged about 100 cm²/V·s. Dividing those values produces a 400,000x gap. It illustrates the distance between a record device and repeatable integrated performance, not superiority of one material over another.
Un dispositivo GaAs superó 40 millones de cm²/V·s. Las matrices de transistores MoS₂ terminadas promediaron unos 100 cm²/V·s. Dividir esos valores produce una brecha de 400.000x. Ilustra la distancia entre un dispositivo récord y un desempeño integrado repetible, no la superioridad de un material.
RF performance rose dramatically over 4 decades, but not smoothly. The frontier reached 1,200 GHz in 2019 and again in 2023, then the annual maximum fell to 528 GHz. Technology did not reverse. Record charts mix different devices and conditions, so they cannot stand in for factory readiness.
El desempeño RF creció de forma drástica durante 4 décadas, pero no de manera continua. La frontera llegó a 1.200 GHz en 2019 y 2023, y el máximo anual bajó a 528 GHz. La tecnología no retrocedió. Los récords mezclan dispositivos y condiciones, por lo que no sustituyen la preparación industrial.
Wafer-transferred graphene reached about 10,000 cm²/V·s. Encapsulation and cooling to 1.7 K raised the result to about 280,000. The gap is real, but it comes with a completely different operating environment. Manufacturing questions begin where the record's special conditions end.
El grafeno transferido a oblea alcanzó unos 10.000 cm²/V·s. El encapsulado y el enfriamiento a 1,7 K elevaron el resultado a unos 280.000. La brecha es real, pero llega con un entorno operativo totalmente distinto. Las preguntas de fabricación comienzan donde terminan las condiciones especiales.
This is the kind of result manufacturing teams want to see: devices across a wafer, not one heroic transistor. The study reported 99% device yield and 30 cm²/V·s mobility at room temperature. But the wafer was 4 inches, and the result did not establish repeatability across lots or qualified 300 mm production.
Este es el tipo de resultado que buscan los equipos de fabricación: dispositivos en una oblea, no un transistor excepcional. El estudio informó 99 % de rendimiento y 30 cm²/V·s a temperatura ambiente. Pero la oblea era de 4 pulgadas y no probó repetibilidad entre lotes ni producción calificada de 300 mm.
This micrograph shows the physical object behind the lab-to-fab claim. Imec, ASML and TSMC integrated multiple 2D semiconductors on 300 mm wafers at a 50 nm contacted pitch. That is an important process milestone. The disclosure stops short of customer qualification, production volume and repeatable yield.
Esta micrografía muestra el objeto físico detrás del paso del laboratorio a la fábrica. Imec, ASML y TSMC integraron varios semiconductores 2D en obleas de 300 mm con un paso contactado de 50 nm. Es un hito importante. La divulgación no demuestra calificación de clientes, volumen ni rendimiento repetible.
Manufacturing readiness has separate gates for laboratory work, representative lines, pilots and production. MoS₂ growth has reached the 12-inch wafer class, and 2D transistors have entered 300 mm flows. Both are meaningful advances. Neither disclosure identifies qualified products, repeatable lot yield or production volume.
La preparación manufacturera separa laboratorio, líneas representativas, pilotos y producción. El crecimiento de MoS₂ alcanzó la clase de 12 pulgadas y los transistores 2D entraron en flujos de 300 mm. Ambos son avances reales. Ninguna divulgación identifica productos calificados, rendimiento repetible por lote o volumen.
Repeatability depends on controlled wafer handling as well as strong device results.
La repetibilidad depende tanto del manejo controlado de las obleas como de buenos resultados en los dispositivos.
The contacts and gates each reached 100% yield. Quantum dots reached 99.8%. Once all components had to form complete 12-dot arrays, yield fell to 96%. This is why factories test integrated structures, not only their easiest parts.
Los contactos y las compuertas alcanzaron 100 % de rendimiento. Los puntos cuánticos llegaron a 99,8 %. Cuando todos los componentes tuvieron que formar matrices completas de 12 puntos, el rendimiento bajó a 96 %. Por eso las fábricas prueban estructuras integradas.
The smallest experiment reached 500 voltage sweeps across 16 devices. A large-area MoS₂ RF switch exceeded 2,000 cycles. HZO FeRAM reached at least 10¹² switching cycles at 125°C and paired that result with wafer probing yield. The number becomes more useful as the surrounding manufacturing evidence grows.
El experimento menor alcanzó 500 barridos de voltaje en 16 dispositivos. Un interruptor RF de MoS₂ de gran área superó 2.000 ciclos. La FeRAM HZO alcanzó por lo menos 10¹² ciclos a 125 °C y añadió rendimiento de sondeo de oblea. La cifra gana valor cuando crece la evidencia manufacturera.
A huge cycle count alone can still describe 1 lucky cell. This result paired at least 10¹² switching cycles with 99.8% chip-probing yield across an 8-inch wafer. That is much closer to production evidence. It still does not establish qualified 300 mm manufacturing.
Una gran cifra de ciclos todavía puede describir 1 celda afortunada. Este resultado combinó por lo menos 10¹² ciclos con 99,8 % de rendimiento de sondeo en una oblea de 8 pulgadas. Se acerca mucho más a evidencia productiva. Aún no prueba fabricación calificada de 300 mm.
The research GaN transistor reached 742 GHz, a major device record. Large-area solution-processed MoS₂ switches reached 67 GHz while also demonstrating circuits and more than 2,000 cycles. An hBN memristor switched in 120 picoseconds using 2 pJ, but without wafer-scale yield evidence. Each result leaves a different factory question open.
El transistor GaN experimental alcanzó 742 GHz, un gran récord de dispositivo. Los interruptores MoS₂ procesados en solución llegaron a 67 GHz y también demostraron circuitos y más de 2.000 ciclos. Un memristor de hBN conmutó en 120 picosegundos usando 2 pJ, pero sin evidencia de rendimiento de oblea. Cada resultado deja abierta una pregunta industrial distinta.
The scaled diamond device preserved current density as total gate width rose from 300 to 1,200 µm. But maximum oscillation frequency fell from 4.0 to 3.3 GHz. That is a modest change with a large lesson. A material advantage must survive the geometry needed for practical devices.
El dispositivo de diamante conservó la densidad de corriente cuando el ancho total de compuerta subió de 300 a 1.200 µm. Pero la frecuencia máxima bajó de 4,0 a 3,3 GHz. Es un cambio modesto con una gran lección. La ventaja material debe sobrevivir la geometría de dispositivos prácticos.
SiC basal-plane defects varied from 0.14 to 60 per wafer across suppliers and epitaxial thicknesses. Josephson-junction variation ranged from 1.7% to 6.7% across 11 wafers, each sampling 3,000 junctions. Separately, scaled 300 mm MoS₂ gates developed stability problems linked to traps and defective edges. Manufacturing failure can enter at several linked stages.
Los defectos basales de SiC variaron de 0,14 a 60 por oblea entre proveedores y espesores. La variación de uniones Josephson fue de 1,7 % a 6,7 % en 11 obleas, con 3.000 uniones por oblea. Además, las compuertas MoS₂ reducidas en 300 mm presentaron problemas ligados a trampas y bordes defectuosos. Las fallas pueden entrar en varias etapas enlazadas.
Each repeated contact and interface adds another place where process control must hold.
Cada contacto e interfaz repetidos añaden otro punto donde debe mantenerse el control del proceso.
The wafer diameter is impressive, and micropipe density fell below 0.05 cm⁻². Yet threading screw dislocations remained at 120 cm⁻². Those are separate defect measures, and neither is finished-device yield. A large substrate is an input to manufacturing, not the end of qualification.
El diámetro de la oblea es notable y la densidad de microporos quedó por debajo de 0,05 cm⁻². Sin embargo, las dislocaciones helicoidales fueron 120 cm⁻². Son métricas distintas y ninguna equivale al rendimiento de dispositivos terminados. Un sustrato grande es una entrada, no el final de la calificación.
Larger wafers raise the manufacturing stakes without proving device yield.
Las obleas más grandes elevan las exigencias de fabricación sin demostrar el rendimiento de los dispositivos.
The strongest near-term examples do not rebuild the transistor factory from scratch. WS₂ can serve as an ultrathin interconnect barrier at 350°C. In₂O₃ and tellurium devices formed 3D logic and memory below 300°C, while HZO memory supplied strong wafer evidence. These separate demonstrations point toward adding functions inside the silicon stack.
Los ejemplos más sólidos a corto plazo no reconstruyen desde cero la fábrica de transistores. WS₂ puede actuar como barrera de interconexión a 350 °C. Dispositivos de In₂O₃ y telurio formaron lógica y memoria 3D por debajo de 300 °C, mientras la memoria HZO aportó evidencia de oblea. Estas demostraciones apuntan a añadir funciones dentro de la pila de silicio.
Layered cross-sections make the integration route more concrete than wholesale replacement.
Las secciones transversales en capas hacen más concreta la vía de integración que un reemplazo total.
In 2025, TSMC spent $41.5 billion on capital equipment while Intel spent $14.65 billion. Dividing those values gives 2.83x. Neither company assigns all of this spending to emerging materials. The strategic point is the size of the installed manufacturing engine that a new material can join or must compete against.
En 2025, TSMC invirtió 41.500 millones de dólares en capital e Intel invirtió 14.650 millones. Dividir esos valores da 2,83x. Ninguna empresa asigna todo ese gasto a materiales emergentes. El punto estratégico es el tamaño del motor manufacturero que un material puede aprovechar o debe enfrentar.
Intel's primary filings show property, plant and equipment payments rising from $7.33 billion in 2015 to $25.75 billion in 2023. They then fell to $14.65 billion in 2025. The 43% decline from the peak shows how quickly the capital environment can change. New materials must fit factories whose investment cycles are already measured in billions.
Los informes primarios de Intel muestran que los pagos por propiedades, plantas y equipos subieron de 7.330 millones de dólares en 2015 a 25.750 millones en 2023. Después bajaron a 14.650 millones en 2025. La caída de 43 % desde el pico muestra cuánto puede cambiar el entorno de capital. Los nuevos materiales deben encajar en fábricas cuyos ciclos ya se miden en miles de millones.
The silicon manufacturing base is not an empty platform waiting for a better material. It is a set of large operating businesses with established customers, equipment and supply chains. TSMC reported nearly TWD 2.9 trillion in 2024 revenue, while GlobalFoundries reported $6.79 billion in 2025. A compatible material can ride that machinery instead of recreating it.
La base manufacturera de silicio no es una plataforma vacía que espera un material mejor. Está formada por grandes negocios con clientes, equipos y cadenas de suministro. TSMC informó casi 2,9 billones de TWD en 2024 y GlobalFoundries informó 6.790 millones de dólares en 2025. Un material compatible puede aprovechar esa maquinaria.
GaN has the strongest case against a simple layers-only thesis. It combines a 742 GHz research record with a 300 mm route that Infineon says can carry 2.3x more chips than 200 mm. Forecast GaN-on-silicon demand rises from 4.27 million to 12.07 million square inches by 2031. Its scalable commercial path still explicitly depends on silicon substrates and fabs.
GaN presenta el desafío más fuerte a una tesis basada solo en capas. Combina un récord experimental de 742 GHz con una ruta de 300 mm que, según Infineon, permite 2,3x más chips que 200 mm. La demanda prevista de GaN sobre silicio sube de 4,27 a 12,07 millones de pulgadas cuadradas para 2031. Su ruta escalable aún depende explícitamente de sustratos y fábricas de silicio.
Indium selenides are a credible replacement countercase. They exceed 1,000 cm²/V·s mobility and can combine logic with ferroelectric memory. But scalable synthesis, phase control and oxidation remain unresolved. The device concept is compelling before the manufacturing system is ready.
Los seleniuros de indio son un contraejemplo creíble. Superan 1.000 cm²/V·s y pueden combinar lógica con memoria ferroeléctrica. Pero la síntesis escalable, el control de fases y la oxidación siguen sin resolverse. El concepto es atractivo antes de que el sistema manufacturero esté listo.
The forecast rises from $2.32 billion in 2025 to $7.54 billion in 2031. That is more than a tripling in a market built around silicon interposers for GPUs and high-performance computing. It supports the direction of layered integration. It does not extend the forecast through 2036.
La previsión sube de 2.320 millones de dólares en 2025 a 7.540 millones en 2031. Es más del triple en un mercado construido alrededor de interposadores de silicio para GPU y computación de alto rendimiento. Apoya la integración por capas, pero no extiende la previsión hasta 2036.
Quantum hardware provides another version of the same pattern. Superconducting qubits exceeded 100 µs coherence in a 300 mm CMOS pilot line, with across-wafer statistics for yield, variability and ageing. That is much stronger than an isolated device. It is still pilot validation rather than qualified volume production.
El hardware cuántico ofrece otra versión del mismo patrón. Los qubits superconductores superaron 100 µs en una línea piloto CMOS de 300 mm, con estadísticas de rendimiento, variación y envejecimiento. Es mucho más sólido que un dispositivo aislado. Sigue siendo validación piloto y no producción calificada en volumen.
Manufacturing begins where a strong material measurement becomes an average finished device. These terms separate material records from manufacturing evidence.
Key findings
The 40-million mobility record is 400,000 times the roughly 100 cm²/V·s average of wafer-scale MoS₂ transistor arrays. arXiv
The strongest near-term path adds WS₂ interconnect layers, HZO memory and low-temperature semiconductor tiers inside silicon manufacturing rather than rebuilding the fab. Nature Electronics
Defect control must hold across material growth, device integration and whole wafers; success at one layer does not remove variation at the next. The Ohio State University
GaN is the strongest replacement challenge in power and RF, yet its 300 mm economics and forecast growth still depend heavily on silicon substrates and fabs. Semiconductor Today
TSMC’s 2025 capital spending was about 2.83 times Intel’s, showing the industrial scale new materials must plug into. TickerLeague
Imec, ASML and TSMC demonstrated 300 mm MoS₂, WS₂ and WSe₂ nFETs and pFETs at 50 nm contacted pitch, calling it a lab-to-fab step. imec
Scaling a diamond MOSFET from six to 24 fingers preserved current density, but maximum oscillation frequency declined from 4.0 to 3.3 GHz. Japanese Journal of Applied Physics
A three-terminal GaAs/AlGaAs device exceeded 40 million cm²/V·s electron mobility, an extraordinary device result without wafer-scale yield evidence. arXiv
Infineon developed 300 mm power GaN in an existing high-volume silicon environment, where each wafer can carry 2.3 times more chips than 200 mm. Infineon Technologies
A 45 nm GaN HEMT reached a record 742 GHz maximum oscillation frequency, demonstrating performance but not wafer-scale yield or packaged reliability. Semiconductor Today
GaN-on-silicon wafer demand is forecast to grow from 4.27 million square inches in 2025 to 12.07 million in 2031. Mordor Intelligence
Wafer-transferred graphene reached about 10,000 cm²/V·s, while hBN encapsulation at 1.7 K produced about 280,000 cm²/V·s under different conditions. Nature Communications
The argument
The 400,000x gap makes finished-device averages the manufacturing benchmark.
A record frontier is a moving collection of experiments, not a production curve.
The strongest number can depend on conditions a fab cannot preserve.
A 4-inch MoS₂ research wafer reached 99% device yield.
The breakthrough is not only the transistor.
Wafer diameter answers where a process ran, not whether customers can buy it.
This research is published in English and Spanish. Ver en español
La investigación detrás de esta presentación
La fabricación comienza cuando una gran medición material se convierte en un dispositivo terminado promedio. Estos términos separan los récords materiales de la evidencia manufacturera.
Hallazgos clave
El récord de movilidad de 40 millones es 400.000 veces el promedio aproximado de 100 cm²/V·s de matrices de transistores MoS₂. arXiv
La vía más sólida añade capas de interconexión WS₂, memoria HZO y niveles semiconductores de baja temperatura dentro de la fabricación de silicio. Nature Electronics
El control de defectos debe sostenerse en crecimiento, integración y obleas completas; el éxito en una capa no elimina la variación en la siguiente. The Ohio State University
GaN es el mayor desafío de reemplazo en potencia y RF, pero su economía de 300 mm y crecimiento aún dependen mucho de sustratos y fábricas de silicio. Semiconductor Today
La inversión de capital de TSMC en 2025 fue unas 2,83 veces la de Intel, mostrando la escala industrial que deben aprovechar los nuevos materiales. TickerLeague
Imec, ASML y TSMC demostraron nFET y pFET de MoS₂, WS₂ y WSe₂ en 300 mm con paso contactado de 50 nm. imec
Escalar un MOSFET de diamante de seis a 24 dedos conservó la densidad de corriente, pero la frecuencia máxima bajó de 4,0 a 3,3 GHz. Japanese Journal of Applied Physics
Un dispositivo de tres terminales GaAs/AlGaAs superó 40 millones de cm²/V·s de movilidad electrónica, sin evidencia de rendimiento a escala de oblea. arXiv
Infineon desarrolló GaN de potencia de 300 mm en un entorno de silicio de alto volumen, con 2,3 veces más chips por oblea que en 200 mm. Infineon Technologies
Un HEMT de GaN de 45 nm alcanzó un récord de 742 GHz de frecuencia máxima de oscilación, sin datos de rendimiento de oblea ni fiabilidad encapsulada. Semiconductor Today
Se prevé que la demanda de obleas GaN sobre silicio crezca de 4,27 millones de pulgadas cuadradas en 2025 a 12,07 millones en 2031. Mordor Intelligence
El grafeno transferido a oblea alcanzó unos 10.000 cm²/V·s, mientras el encapsulado con hBN logró unos 280.000 cm²/V·s a 1,7 K. Nature Communications
El argumento
La brecha de 400.000x convierte al promedio terminado en la referencia manufacturera.
Una frontera récord reúne experimentos cambiantes, no una curva de producción.
La cifra más alta puede depender de condiciones que una fábrica no puede conservar.
Una oblea experimental de MoS₂ de 4 pulgadas alcanzó 99 % de rendimiento.
El avance no es solo el transistor.
El diámetro indica dónde funcionó un proceso, no si los clientes pueden comprarlo.
Esta investigación se publica en inglés y español. Read in English
