The fab decides what replaces siliconLa fábrica decide qué reemplaza al silicio
24 slides · 27 min · 2026-07-20language
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HanademiPlatzi
The record device is not the product.
Sandia requires 100% functionality when research becomes product development.
Fab format and thermal compatibility are integration evidence, not product release.
El dispositivo récord no es el producto.
Sandia exige 100% de funcionalidad cuando la investigación pasa a desarrollar productos.
El formato fabril y la compatibilidad térmica prueban integración, no liberación de producto.
These 3 samples came from one fabrication study. Their yields span 27.2 percentage points. A working device can be real while its manufacturing process remains unstable.
Estas 3 muestras proceden de un estudio de fabricación. Sus rendimientos abarcan 27,2 puntos porcentuales. El dispositivo puede funcionar mientras su proceso industrial sigue siendo inestable.
Research asks whether one device can work. Product development asks whether every required function works together. Sandia uses 100% functionality for that product-development requirement, not as a universal yield threshold.
La investigación pregunta si un dispositivo puede funcionar. El desarrollo pregunta si todas las funciones exigidas funcionan juntas. Sandia usa 100% de funcionalidad para ese requisito, no como umbral universal de rendimiento.
The patterned wafer shifts the question from one device to repeatability across many structures.
La oblea estampada desplaza la pregunta de un dispositivo a la repetibilidad entre muchas estructuras.
The evidence advances from performance to wafer yield, larger growth and 300 mm integration. Those are meaningful steps. They come from different systems, and none of these sources reports qualified volume production.
La evidencia avanza desde rendimiento hacia rendimiento de oblea, mayor crecimiento e integración de 300 mm. Son pasos importantes. Proceden de sistemas distintos y ninguna fuente reporta producción en volumen cualificada.
The published methods span from 10.4 to 35 cm²/Vs. All use back-gate monolayer MoS₂ devices, but their growth routes differ. Common yield and wafer-uniformity data are missing, so mobility alone cannot choose the production winner.
Los métodos publicados van de 10,4 a 35 cm²/Vs. Todos usan dispositivos de MoS₂ monocapa con puerta posterior, pero cambian las rutas de crecimiento. Faltan datos comunes de rendimiento y uniformidad, así que la movilidad sola no elige al ganador productivo.
Four-inch MoS₂ reported 30 cm²/Vs at room temperature. A two-inch single-crystal process reached about 140, while a separate low-defect WS₂ route reached roughly 200. The values come from different studies, but all tie performance to how the material is grown.
El MoS₂ de cuatro pulgadas reportó 30 cm²/Vs a temperatura ambiente. Un proceso monocristalino de dos pulgadas alcanzó cerca de 140, mientras una ruta separada de WS₂ con pocos defectos llegó a unos 200. Los valores proceden de estudios distintos, pero todos ligan el rendimiento al crecimiento.
MoS₂ demonstrations progressed from two-inch and four-inch films to 12-inch growth. The 12-inch study still described the lab-to-fab transition as preliminary. Diameter proves physical scale, not stable lots or qualified products.
Las demostraciones de MoS₂ avanzaron desde películas de dos y cuatro pulgadas hasta crecimiento de 12 pulgadas. El estudio de 12 pulgadas aún describió como preliminar la transición a fábrica. El diámetro prueba escala física, no lotes estables ni productos cualificados.
MoS₂ has been grown on a 200 mm silicon platform within a back-end thermal budget. Imec, ASML and TSMC later demonstrated 300 mm 2D nFET and pFET integration. Both milestones move toward manufacturing, but neither source reports completed product qualification.
El MoS₂ se ha cultivado sobre una plataforma de silicio de 200 mm dentro del presupuesto térmico posterior. Imec, ASML y TSMC demostraron después integración de nFET y pFET 2D en 300 mm. Ambos hitos avanzan hacia fabricación, pero ninguna fuente reporta cualificación completa.
Four-inch MoS₂ fabrication reported 99% device yield. A 300 mm silicon-photonics and CMOS stack reported 100% three-dimensional yield across more than 20,000 via chains. Both are strong scale signals, but their denominators are different and neither equals total finished-product yield.
La fabricación de MoS₂ de cuatro pulgadas reportó 99% de rendimiento de dispositivos. Una pila de fotónica de silicio y CMOS de 300 mm reportó 100% de rendimiento tridimensional en más de 20.000 cadenas de vías. Ambas son señales sólidas, pero sus denominadores difieren y ninguna equivale al rendimiento total del producto.
A GaN HEMT reached 742 GHz fmax as an isolated device. MoS₂ switches added phase-shifter circuits and more than 2,000 cycles, while separate 300 mm work exposed stability problems at 18 nm and higher temperatures. The lesson is evidence depth, not a numeric winner.
Un HEMT de GaN alcanzó 742 GHz de fmax como dispositivo aislado. Los interruptores de MoS₂ añadieron circuitos de fase y más de 2.000 ciclos, mientras otro trabajo de 300 mm mostró problemas de estabilidad a 18 nm y temperaturas mayores. La lección es la profundidad de evidencia, no un ganador numérico.
The SiC memristor exceeded 1 billion cycles. Its behavior kept drifting for 200 million cycles before variation settled near 10%. Endurance and stability answer different manufacturing questions.
El memristor de SiC superó mil millones de ciclos. Su comportamiento derivó durante 200 millones antes de estabilizar la variación cerca del 10%. La resistencia y la estabilidad responden preguntas industriales distintas.
The MoS₂ switch exceeded 2,000 cycles inside phase-shifter circuits. A hybrid chip placed boron-nitride memristors over silicon CMOS and reached about 5 million cycles. Both go beyond isolated devices, but they test different functions.
El interruptor de MoS₂ superó 2.000 ciclos dentro de circuitos de fase. Un chip híbrido colocó memristores de nitruro de boro sobre CMOS de silicio y alcanzó unos 5 millones. Ambos superan el dispositivo aislado, pero prueban funciones distintas.
Populated hardware grounds the shift from isolated device records to assembled systems.
El hardware ensamblado concreta el paso de récords aislados a sistemas integrados.
The reported SiC combinations span 0.14 to 39 inclusions per wafer. Berkeley also found a tenfold initial-defect range after process transfer and threefold to fivefold operating differences across similar fabs. Separate reactor evidence confirms that defect behavior belongs to the manufacturing system.
Las combinaciones reportadas de SiC van de 0,14 a 39 inclusiones por oblea. Berkeley también halló una variación inicial de defectos de diez veces y diferencias operativas de tres a cinco veces entre fábricas similares. Otra evidencia de reactores confirma que los defectos pertenecen al sistema industrial.
Across 20 industrial 200 mm SiC wafers, the 2 reactors converted substrate dislocations into epitaxial defects at 98.3% and 99.8%. This is not good-die yield. It is a direct view of how upstream defects survive the process.
En 20 obleas industriales de SiC de 200 mm, los 2 reactores convirtieron dislocaciones del sustrato en defectos epitaxiales al 98,3% y 99,8%. No es rendimiento de dados buenos. Es una vista directa de cómo sobreviven los defectos iniciales.
Silicon's 300 mm transition reached a qualified 64M DRAM product in 1999. Recent alternative milestones are different: GaN development and projected samples, one SiC crystal wafer, and a 2D integration route. These disclosures do not report completed customer or volume qualification.
La transición del silicio a 300 mm alcanzó un producto DRAM de 64M cualificado en 1999. Los hitos recientes son distintos: desarrollo y muestras proyectadas de GaN, una oblea de SiC y una ruta de integración 2D. Estas divulgaciones no reportan cualificación completa de clientes o volumen.
This is the physical scale behind the announcement. Wolfspeed produced a single-crystal 300 mm SiC wafer. The source presents volume commercialization as the next path rather than a completed production state.
Esta es la escala física detrás del anuncio. Wolfspeed produjo una oblea monocristalina de SiC de 300 mm. La fuente presenta la comercialización en volumen como el siguiente camino y no como un estado productivo completado.
MoS₂ has been grown within a silicon back-end thermal budget. Photonics has been bonded to CMOS, memristors placed above CMOS, and molybdenum supply qualified for early adopters. Every example preserves the silicon platform while adding a specialized capability.
El MoS₂ se ha cultivado dentro del presupuesto térmico posterior del silicio. La fotónica se ha unido a CMOS, los memristores se han colocado encima y el suministro de molibdeno se ha cualificado para primeros adoptantes. Cada ejemplo conserva la plataforma de silicio y añade una capacidad especializada.
The companies used an established 12-inch SOI manufacturing platform. They announced the first mass-produced wafer delivery after an 18-month move from development to production readiness. The advantage is inherited manufacturing infrastructure.
Las empresas usaron una plataforma SOI establecida de 12 pulgadas. Anunciaron la primera entrega de obleas producidas en masa tras pasar del desarrollo a la preparación productiva en 18 meses. La ventaja es la infraestructura industrial heredada.
A new high-volume molybdenum plant was already supplying 2 early semiconductor adopters. The supply followed joint customer qualification. That is a commercial signal for an added material, not evidence that molybdenum replaces silicon.
Una nueva planta de molibdeno de alto volumen ya abastecía a 2 primeros adoptantes semiconductores. El suministro siguió a una cualificación conjunta. Es una señal comercial para un material añadido, no evidencia de que el molibdeno reemplace al silicio.
Imec places commercial CFET introduction in 2033. It places replacement of the main silicon channel by 2D semiconductors in 2041, beyond the 2036 horizon. The Beyond-CMOS roadmap also expects emerging devices to augment CMOS.
Imec sitúa la introducción comercial de CFET en 2033. Coloca la sustitución del canal principal de silicio por semiconductores 2D en 2041, después del horizonte de 2036. La hoja de ruta Beyond-CMOS también espera que los dispositivos emergentes amplíen CMOS.
TSMC's 2 nm node contributed 3% of wafer revenue in 2Q26. In the same quarter, 3 nm contributed 30% and 5 nm contributed 33%. A technical milestone becomes economically important only after customers, designs and fab capacity move with it.
El nodo de 2 nm de TSMC aportó 3% de los ingresos por obleas en 2T26. En el mismo trimestre, 3 nm aportó 30% y 5 nm 33%. Un hito técnico se vuelve económicamente importante cuando clientes, diseños y capacidad fabril avanzan con él.
Start with performance under realistic conditions, then demand repeated wafer evidence. Next come fab integration, reliability qualification and customer production. Through 2036, alternatives that climb this ladder inside CMOS have the strongest evidence path.
Comience con rendimiento bajo condiciones realistas y exija después evidencia repetida de oblea. Luego vienen integración fabril, cualificación de fiabilidad y producción para clientes. Hasta 2036, las alternativas que suben esta escalera dentro de CMOS tienen la ruta más sólida.
The record device is not the product. The repeatable process is. Sandia requires 100% functionality when research becomes product development.
Key findings
A 300 mm wafer is not a qualification: GaN reached a sample roadmap, SiC one crystal wafer, and 2D materials an integration route. IEEE
Mobility progress has moved from spectacular cryogenic records to 99% four-inch yield and 300 mm integration, but those milestones still stop short of qualified production. National Science Foundation Public Access Repository
The clearest commercial wins already use alternatives as added layers: MoS₂ above silicon, photonics bonded to CMOS, memristors over CMOS and qualified molybdenum supply. Nature Nanotechnology
Defect control is a system capability: fabs differ tenfold at process transfer, SiC inclusions span 0.14 to 39 per wafer, and reactors propagate defects differently. University of California, Berkeley
The strongest switching evidence is not the highest frequency: circuit integration, cycle stability and thermal behavior matter more than an isolated 742 GHz device. Asia Business Daily
Newly transferred processes showed a tenfold range in initial defect density, making defect learning a manufacturing differentiator even among established fabs. University of California, Berkeley
Across 28 fabs with similar equipment and processes, yield, equipment rates, throughput time and process introduction differed by three to five times. University of California, Berkeley
Sandia distinguishes a lab success from a product: laboratory research may accept one working device, while product development requires 100% functionality. Sandia National Laboratories
Four-inch MoS₂ films delivered mobility of 30 cm²/Vs at room temperature and 114 cm²/Vs at 90 K across wafer-scale material. Nature
The same four-inch MoS₂ process reported 99% device yield in wafer-scale batch fabrication, a stronger scale signal than mobility alone. Nature
A two-inch single-crystal MoS₂ monolayer reached roughly 140 cm²/Vs room-temperature mobility with reported wafer-scale uniformity. Nature Communications
The argument
The patterned wafer shifts the question from one device to repeatability across many structures.
Performance, wafer yield, full-wafer growth and fab integration are separate gates.
The manufacturing recipe changes performance before yield is even compared.
Defect reduction and process control can move the mobility result sharply.
Physical scale can arrive before stability, repeatability and qualification.
Fab format and thermal compatibility are integration evidence, not product release.
This research is published in English and Spanish. Ver en español
La investigación detrás de esta presentación
El dispositivo récord no es el producto. El proceso repetible sí. Sandia exige 100% de funcionalidad cuando la investigación pasa a desarrollar productos.
Hallazgos clave
Una oblea de 300 mm no equivale a cualificación: GaN llegó a una ruta de muestras, SiC a una oblea y los materiales 2D a integración. IEEE
La movilidad avanzó desde récords criogénicos hasta 99% de rendimiento en cuatro pulgadas e integración de 300 mm, pero aún no llega a producción cualificada. National Science Foundation Public Access Repository
Las victorias comerciales más claras ya usan alternativas como capas añadidas: MoS₂ sobre silicio, fotónica unida a CMOS, memristores sobre CMOS y molibdeno cualificado. Nature Nanotechnology
El control de defectos es una capacidad del sistema: las fábricas difieren diez veces, las inclusiones de SiC van de 0,14 a 39 y los reactores se comportan distinto. University of California, Berkeley
La evidencia de conmutación más sólida no es la mayor frecuencia: integración de circuitos, estabilidad de ciclos y comportamiento térmico pesan más que 742 GHz aislados. Asia Business Daily
Los procesos recién transferidos mostraron una variación de diez veces en densidad inicial de defectos, diferenciando incluso a fábricas establecidas. University of California, Berkeley
Entre 28 fábricas con equipos y procesos similares, el rendimiento, la producción, el ciclo y la introducción de procesos variaron entre tres y cinco veces. University of California, Berkeley
Sandia distingue el éxito de laboratorio del producto: la investigación puede aceptar un dispositivo funcional, pero el desarrollo exige funcionalidad del 100%. Sandia National Laboratories
Las películas de MoS₂ de cuatro pulgadas lograron 30 cm²/Vs a temperatura ambiente y 114 cm²/Vs a 90 K a escala de oblea. Nature
El mismo proceso de MoS₂ de cuatro pulgadas reportó un rendimiento de dispositivos del 99%, una señal de escala más sólida que la movilidad sola. Nature
Una monocapa monocristalina de MoS₂ de dos pulgadas alcanzó cerca de 140 cm²/Vs a temperatura ambiente con uniformidad a escala de oblea. Nature Communications
El argumento
La oblea estampada desplaza la pregunta de un dispositivo a la repetibilidad entre muchas estructuras.
Rendimiento, rendimiento de oblea, crecimiento completo e integración fabril son puertas distintas.
La receta industrial cambia el rendimiento antes de comparar el rendimiento fabril.
Reducir defectos y controlar el proceso puede cambiar mucho la movilidad.
La escala física puede llegar antes que estabilidad, repetibilidad y cualificación.
El formato fabril y la compatibilidad térmica prueban integración, no liberación de producto.
Esta investigación se publica en inglés y español. Read in English
