Por Cuauhtémoc Aguilera Galicia y Esteban Martínez Guerrero
Profesores del Departamento de Electrónica, Sistemas e Informática
Hoy somos testigos de cómo la inteligencia artificial (IA), las telecomunicaciones, las computadoras, los vehículos autónomos y las ciudades inteligentes están transformando nuestra vida cotidiana. Sin embargo, pocos saben que detrás de estas tecnologías están los semiconductores: materiales con los que se fabrican los microchips o circuitos integrados que hacen funcionar los chats de IA generativa, los teléfonos inteligentes, los centros de datos y las redes 5G.
Las tecnologías avanzadas de semiconductores permiten integrar millones de transistores integrados en áreas de apenas unos milímetros cuadrados, formando circuitos electrónicos capaces de procesar información y ejecutar algoritmos sofisticados, como los que utilizan ChatGPT o los vehículos autónomos como Tesla, Waymo o Honda.
Los semiconductores en la vida moderna
Otra área que ha dado grandes pasos gracias al desarrollo de los semiconductores —y que impacta en la vida de las personas— es la medicina. Hoy es posible contar con implantes como marcapasos que se adaptan al esfuerzo físico del paciente o prótesis que detectan las señales cerebrales para realizar movimientos naturales. También son una realidad los implantes inteligentes, que mediante microsensores pueden monitorear en tiempo real la salud del cuerpo.
Los semiconductores son la base de la tecnología moderna. Están presentes en vehículos eléctricos y no eléctricos, donde hacen posible el funcionamiento de sistemas de seguridad, navegación y entretenimiento. También son esenciales en las energías renovables, como los paneles solares y los sistemas de ahorro energético. Además, resultan clave para las redes de conectividad global —Wi-Fi, 5G— y para toda la electrónica de consumo: electrodomésticos, pantallas, teléfonos, tabletas y servicios de streaming de video y música.
Diferencias entre semiconductores y chips
Cuando en los medios de comunicación se habla sobre semiconductores, es común que el término se use para referirse a cualquier cosa relacionada con ellos, incluidos los chips, como si fueran lo mismo. Sin embargo, aunque están estrechamente relacionados, son cosas diferentes. Es un poco como decir “maíz” para referirse por igual a tortillas, pan de elote o palomitas: comparten el mismo origen, pero no son lo mismo. Por ello conviene hacer la siguiente distinción:
El término de semiconductor se refiere al material base. Estos materiales tienen propiedades eléctricas intermedias entre las de un conductor (como los metales) y las de un aislante (como los plásticos o el vidrio). Algunos, como el silicio (Si) y el germanio (Ge) se extraen directamente de la naturaleza, mientras que otros se producen artificialmente al combinar elementos de la Tabla Periódica, como el arseniuro de galio (GaAs), el fosfuro de Indio (InP), el nitruro de Galio (GaN), entre muchos más.
La gran ventaja de estos materiales es que permiten controlar la corriente eléctrica de manera precisa, lo que hace posible crear con ellos una gran diversidad de componentes electrónicos, incluyendo los chips que encontramos en la mayoría de los dispositivos electrónicos actuales.
Por otro lado, el término de chip o circuito integrado (IC, por sus siglas en inglés) se refiere a un conjunto de componentes electrónicos fabricados en una sola pieza de material semiconductor. Un chip está formado por una gran cantidad de transistores, diodos, capacitores y resistencias, todos ellos miniaturizados y conectados entre sí para realizar funciones específicas en sistemas electrónicos como computadoras, smartphones, televisores, instrumentos de medición.
Si abrimos un aparato electrónico, veremos en su interior una placa —generalmente de color verde o azul— con diversos cuadritos o rectángulos negros rodeados de terminales metálicas: esos son los chips.
En resumen, los semiconductores son la base de todos los componentes electrónicos. Sin ellos, los chips no podrían existir.
Historia de los semiconductores
Todas estas aplicaciones de los semiconductores son posibles gracias a los avances logrados desde la invención del transistor en 1947. Un paso decisivo llegó en 1958, cuando Jack Kilby construyó el primer circuito integrado y demostró que todos los elementos de un circuito podían reunirse en una sola pieza de material semiconductor.
Hoy, un circuito integrado puede contener miles o millones de transistores en un sustrato de silicio, uno de los materiales más utilizados en la fabricación de microchips. Este crecimiento en el nivel de integración de transistores fue pronosticado por Gordon E. Moore, cofundador de Intel, quien en 1965 predijo que el número de transistores en un chip se duplicaría cada dos años. Desde entonces los ingenieros de las plantas de manufactura de circuitos integrados adoptaron esta predicción como un desafío, y la bautizaron como la ley de Moore.
Para cumplir con la ley de Moore, es necesario reducir el tamaño de la tecnología con la que se fabrican los transistores y sus interconexiones, lo que representa desafíos técnicos y económicos complejos. Sin embargo, esta miniaturización de los circuitos ofrece ventajas significativas: permite que los circuitos sean más pequeños, incrementa su velocidad de operación, reduce el consumo de energía y posibilita integrar más funcionalidades en una misma superficie de silicio.
Gracias a ello, las computadores y teléfonos inteligentes son cada vez más rápidos, compactos, eficientes en su consumo de baterías y con más funciones.
Los semiconductores en la actualidad
La pandemia de COVID-19 (marzo 2020 a mayo 2023) ocasionó una interrupción significativa en las cadenas de suministro de la industria automotriz y electrónica. Uno de los factores clave de esta crisis fue la escasez de semiconductores, agravada por el cierre temporal de fábricas de microchips en Taiwán, Corea del Sur, Japón y China, los principales productores mundiales. Este evento puso en evidencia la relevancia de los semiconductores en la economía y desarrollo de un país.
Con el objetivo de reducir su dependencia de países extranjeros en materia de semiconductores, Estados Unidos promulgó en agosto de 2022 la ley CHIPS and Science Act, destinada a fortalecer la producción nacional de semiconductores y la investigación científica en el sector.
De forma similar, México impulsa su industria de semiconductores mediante iniciativas estratégicas, como la creación del Centro Nacional de Diseño de Semiconductores, el Plan Maestro de Semiconductores, el capítulo de semiconductores en el T-MEC y la atracción de inversión extranjera. Empresas como Foxconn, Qualcomm, Micron y Synopsys ya se están estableciendo en México para impulsar en desarrollo de la industria de semiconductores.
En el sector educativo, México también avanza en la formación de talento especializado. Instituciones como el Tecnológico Nacional de México en Aguascalientes y Querétaro ya ofrecen nuevos programas de ingeniería en semiconductores. En Guadalajara, el ITESO reabrirá una especialidad actualizada en este campo, con el objetivo de preparar a profesionales que respondan a las demandas de esta industria estratégica.
En resumen, los semiconductores son materiales esenciales que hacen posible gran parte de la tecnología que usamos a diario, desde la medicina hasta la comunicación y el entretenimiento. Su historia está marcada por avances constantes que han permitido miniaturizar y potenciar los dispositivos electrónicos, y hoy su papel es más relevante que nunca ante los desafíos globales y las oportunidades de desarrollo nacional. En la segunda parte de este artículo, se profundizará en las razones del auge actual de los semiconductores, su importancia para el estudio, desarrollo y creación de nuevas aplicaciones, así como el panorama específico de esta industria en México, Jalisco y el ITESO.
Sobre los autores
Cuauhtémoc Rafael Aguilera Galicia es doctor en Ciencias de la Ingeniería y maestro en Electrónica Industrial por el ITESO. Es licenciado en Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica por la Universidad de Guanajuato. Actualmente es profesor investigador del Departamento de Electrónica, Sistemas e Informática.
Esteban Martínez Guerrero es doctor en Dispositivos de Electrónica Integrada por el Institut National des Sciencies Appliquées, en Francia; maestro en Ciencias con especialidad en Ingeniería Eléctrica por el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN e ingeniero mecánico electricista por la UNAM. Actualmente es profesor investigador del Departamento de Electrónica, Sistemas e Informática.
