TSMC y un equipo de investigadores de la National Yang Ming Chiao Tung University (NYCU) de Taiwán han demostrado una nueva técnica para fabricar transistores basados en disulfuro de molibdeno (MoS₂) de una sola capa atómica, uno de los materiales que la industria estudia para continuar reduciendo el tamaño de los transistores cuando el silicio convencional empiece a acercarse a sus límites físicos. El avance no supone que TSMC tenga listo un proceso comercial de menos de 1 nanómetro, pero resuelve uno de los problemas que dificultan utilizar semiconductores bidimensionales en futuros chips.

Las claves de los futuros transistores de TSMC en 20 segundos

• TSMC y NYCU han fabricado transistores utilizando MoS₂ de una sola capa como canal.
• Los investigadores introducen una capa intermedia de óxido de aluminio de apenas 0,42 nanómetros.
• Esta interfaz facilita la integración posterior del dieléctrico de óxido de hafnio y reduce la dispersión de electrones.
• El trabajo es experimental y todavía está lejos de convertirse en un nodo comercial.

El estudio, publicado el 31 de julio de 2026 en Nature Electronics, aborda una dificultad cada vez más importante para la industria de los semiconductores: seguir reduciendo las dimensiones físicas del transistor manteniendo un buen control de la corriente, un consumo razonable y unos procesos de fabricación que puedan llegar a utilizarse en grandes obleas.

Por qué el silicio empieza a necesitar materiales diferentes

Durante décadas la industria ha conseguido introducir cada vez más transistores dentro de un mismo chip reduciendo sus dimensiones y modificando progresivamente su arquitectura.

Los transistores planos dieron paso a FinFET, donde el canal adopta una forma tridimensional similar a una aleta. Posteriormente han llegado los Gate-All-Around FET (GAAFET), en los que la puerta rodea todavía más completamente el canal para mejorar el control electrostático.

El problema aparece cuando se sigue reduciendo el espesor de ese canal.

A dimensiones extremadamente pequeñas, mantener un canal semiconductor convencional suficientemente fino resulta complicado. Aparecen mayores fugas, resistencia y problemas para que la puerta controle correctamente el paso de los electrones.

Aquí entran los denominados materiales bidimensionales.

El disulfuro de molibdeno puede formar capas de aproximadamente 0,7 nanómetros de grosor, prácticamente el espesor de unos pocos átomos. A diferencia de una lámina extremadamente fina de silicio, mantiene unas propiedades semiconductoras interesantes incluso cuando se reduce hasta una sola capa.

Esto lo convierte en uno de los candidatos más estudiados para los transistores posteriores a las generaciones actuales de GAAFET.

Pero disponer de un canal extremadamente fino solo resuelve una parte del problema.

Una capa de 0,42 nanómetros marca la diferencia

Para controlar la corriente que atraviesa un transistor existe una puerta, o gate, separada del canal mediante una capa aislante denominada dieléctrico de puerta.

Esta capa tiene que ser extremadamente fina para que el campo eléctrico pueda controlar eficazmente el canal, pero al mismo tiempo debe impedir que la corriente atraviese directamente el aislamiento.

Materiales de alta permitividad o high-κ, como el óxido de hafnio (HfO₂), llevan años utilizándose precisamente para conseguir ese equilibrio.

El problema es que depositar directamente este tipo de dieléctricos sobre MoS₂ resulta complicado. La superficie de un material bidimensional carece de los enlaces químicos que normalmente facilitan un crecimiento uniforme del material depositado.

La solución desarrollada por los investigadores consiste en modificar primero esa interfaz.

El equipo depositó una capa extremadamente fina de aluminio epitaxial sobre MoS₂ y posteriormente la oxidó hasta formar aproximadamente 0,42 nanómetros de Al₂O₃, óxido de aluminio. Sobre esa superficie se depositó después el dieléctrico high-κ de óxido de hafnio.

El resultado es una especie de puente atómico entre el semiconductor bidimensional y el dieléctrico superior.

Esta capa cumple dos funciones. Proporciona una superficie mucho más adecuada para crecer el HfO₂ y reduce las interacciones que provocan dispersión de los electrones en el canal.

Es precisamente este segundo efecto el que puede resultar especialmente valioso.

En un transistor extremadamente pequeño no basta con conseguir que funcione. Los electrones deben atravesar el canal con la menor resistencia y dispersión posibles para obtener altas prestaciones con un consumo razonable.

El transistor consiguió una elevada transconductancia

Los investigadores fabricaron transistores de puerta superior utilizando MoS₂ monocapa obtenido mediante deposición química de vapor (CVD).

En dispositivos con canales de alrededor de 100 nanómetros, el trabajo registra una transconductancia máxima cercana a 0,45 mS/µm, junto con baja corriente de fuga y poca histéresis.

La transconductancia mide, de forma simplificada, cuánto puede cambiar la corriente del transistor al modificar el voltaje aplicado a la puerta. Una cifra elevada indica que la puerta controla eficazmente el canal.

El interés del trabajo está precisamente en conseguir ese comportamiento utilizando una estructura extraordinariamente fina.

Los autores sostienen que la ingeniería de la interfaz puede permitir combinar un dieléctrico equivalente muy reducido con una movilidad de portadores elevada, dos objetivos que frecuentemente entran en conflicto en los transistores bidimensionales.

Esto no significa que TSMC vaya a fabricar chips de 0,7 nm mañana

Conviene separar las dimensiones físicas utilizadas en la investigación de los nombres comerciales de los futuros nodos.

El hecho de utilizar un canal de MoS₂ de aproximadamente 0,7 nanómetros de grosor o una interfaz de Al₂O₃ de 0,42 nm no equivale a fabricar un procesador con un «nodo de 0,7 nm».

Los nombres actuales de procesos como 3 nm o 2 nm ya no representan una única dimensión física del transistor. Son denominaciones que agrupan mejoras de densidad, rendimiento, consumo y tecnología de fabricación.

El trabajo de TSMC y NYCU debe interpretarse por tanto como investigación sobre tecnologías que podrían ayudar a fabricar generaciones futuras de transistores cuando las arquitecturas actuales encuentren mayores dificultades para seguir escalando.

Tampoco demuestra todavía la fabricación de miles de millones de estos dispositivos con el rendimiento, uniformidad y costes necesarios para un procesador comercial.

Ese salto suele ser mucho más complicado que demostrar un transistor individual o una pequeña matriz en laboratorio.

Los materiales 2D empiezan a acercarse a procesos industriales

Lo interesante es que esta investigación no aparece de forma aislada.

Durante 2026 TSMC también ha trabajado junto con imec y ASML en rutas de integración sobre obleas de 300 milímetros para transistores basados en materiales 2D, incluyendo MoS₂, WS₂ y WSe₂. Según la información recogida por TrendForce, esas investigaciones han demostrado dispositivos con un contacted poly pitch de 50 nm utilizando procesos concebidos para acercarse a una fabricación compatible con instalaciones industriales.

Intel e imec también investigan arquitecturas similares.

Esto no garantiza que los materiales bidimensionales sustituyan al silicio. La industria dispone de otras vías para seguir aumentando la densidad, desde nuevas estructuras GAAFET y transistores apilados hasta integración 3D, nuevas técnicas de alimentación o empaquetado avanzado.

Pero el MoS₂ resuelve una característica especialmente difícil de obtener con materiales convencionales: un canal semiconductor funcional con un grosor prácticamente atómico.

La aportación del nuevo trabajo consiste en demostrar una forma de construir alrededor de ese canal una interfaz de puerta de alta calidad sin destruir precisamente las propiedades que hacen atractivo al material.

La carrera hacia los futuros chips no dependerá únicamente de fabricar estructuras más pequeñas. También será necesario controlar superficies, contactos y capas cuya dimensión empieza a medirse directamente en átomos.

Preguntas frecuentes

¿Qué han conseguido exactamente TSMC y NYCU?

Han demostrado transistores de puerta superior con un canal monocapa de MoS₂ utilizando una interfaz de óxido de aluminio de aproximadamente 0,42 nm que permite integrar un dieléctrico de óxido de hafnio manteniendo buenas propiedades eléctricas.

¿Significa que TSMC ya puede fabricar chips de menos de 1 nm?

No. Se trata de una investigación experimental sobre componentes individuales de futuros transistores. Las dimensiones citadas corresponden a capas físicas concretas y no a un nodo comercial de fabricación.

¿Por qué utilizar MoS₂ en lugar de silicio?

El MoS₂ puede conservar propiedades semiconductoras en una capa de aproximadamente 0,7 nm, lo que permite crear canales mucho más finos y mantener un buen control electrostático.

¿Cuándo podría llegar esta tecnología a procesadores comerciales?

El estudio no establece una fecha. Para llegar a producción todavía serían necesarios avances en fabricación a gran escala, uniformidad, contactos, rendimiento de las obleas, costes e integración con el resto de los procesos de fabricación.

vía: wccftech