China monopoliza la producción de galio. De hecho, hasta 2022 acaparaba el 98% del galio bruto mundial, y esta cifra presumiblemente apenas ha variado desde entonces. Para el país liderado por Xi Jinping este metal tiene un valor estratégico equiparable al que tiene para EEUU debido a su potencial en aplicaciones militares. Y, además, el control de la exportación de galio permite a China responder a las sanciones a las que EEUU y sus aliados están sometiendo a este país asiático en el ámbito de la industria de los semiconductores.
El galio es un metal muy especial. Sus propiedades fisicoquímicas lo hacen idóneo para ser combinado con otros metales con el propósito de fabricar un tipo especial de circuitos integrados denominados semiconductores de banda ancha. Estos chips tienen tres propiedades que los hacen muy valiosos para intervenir en la fabricación de equipos militares avanzados: soportan voltajes, temperaturas y frecuencias más altos que los circuitos integrados de silicio convencionales.
Durante la década de los 70 la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa de EEUU (DARPA) dedicó muchos recursos al desarrollo de semiconductores en los que estaba involucrado el galio debido al potencial que tenía en proyectos de tecnología militar. El arseniuro de galio (GaAs) interpretó un papel fundamental en el desarrollo del sistema de posicionamiento global (GPS), y también en la puesta a punto de radares y armas de precisión.
China ha dado un paso hacia delante muy importante
Actualmente el nitruro de galio (GaN), que también cuenta con el respaldo de DARPA, se está utilizando para fabricar radares de última generación que son capaces de identificar con precisión objetos más pequeños, rápidos y numerosos a más distancia. Cada uno de estos radares incorpora varios miles de chips en los que interviene el galio. Todo lo que acabamos de ver nos invita a llegar a una conclusión evidente: el galio es un metal esencial para EEUU. Pero este país no es la única superpotencia militar del planeta.
El ejército y las instituciones de investigación chinos llevan muchos años trabajando con el galio y desarrollando tecnologías que permitan utilizarlo para fabricar semiconductores avanzados de tercera generación. Como hemos visto, China tiene galio en abundancia, pero producir circuitos integrados con este metal no es nada fácil. Ni para el país liderado por Xi Jinping ni para el que actualmente gobierna Donald Trump.
Modificando los niveles de energía de los electrones es posible controlar con precisión la trepación y reducir los defectos
Para fabricar nitruro de galio se suelen utilizar sustratos de silicio y zafiro, pero la eficacia de los procesos empleados hasta ahora era moderada debido a que la estructura atómica hexagonal del GaN provoca la aparición de un defecto conocido como trepación. A grandes rasgos este curioso fenómeno desencadena el desplazamiento de grupos de átomos en una determinada región del cristal, lo que afecta a su estructura y merma sus propiedades. De hecho, los defectos de fabricación del GaN provocan fugas eléctricas, reducen su estabilidad térmica y merman el rendimiento de los semiconductores.
Hasta ahora los investigadores que trabajan con GaN tenían dificultades para entender por qué aparecen estos defectos en la estructura cristalina de este material. Y también para lidiar con ellos. Pero el equipo de científicos liderado por el profesor Huang Bing de la Universidad de Pekín (China) ha identificado la causa que desencadena la producción de defectos durante el crecimiento de los cristales de GaN. Lo que han descubierto estos científicos es que modificando los niveles de energía de los electrones es posible controlar con precisión la trepación y reducir los defectos.
"Las estrategias tradicionales para evitar defectos incluyen la utilización de diferentes sustratos y el ajuste de las temperaturas de cristalización, pero estos enfoques solo abordan los síntomas, no la causa", ha explicado el profesor Huang Bing. Si China consigue sacar esta investigación del laboratorio y llevar a las cadenas de producción esta tecnología tendrá la capacidad de fabricar semiconductores de GaN más baratos, de más calidad y a una escala mucho mayor. Y en esta coyuntura no será en absoluto descabellado prever que se hará con el liderazgo de la aplicación de los semiconductores de 3ª generación en el ámbito militar y las tecnologías 5G.
Imagen | TSMC
Más información | SCMP
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