NASA financia proyecto de ASU para reducir los residuos durante la fabricación de semiconductores

Los procesos actuales para fabricar células solares y electrónica de potencia tienen un problema de residuos de fabricación: hasta el 95% del bloque inicial de material, conocido como oblea o sustrato, se destruye cuando las obleas se extraen del sustrato y luego se diluyen. Estos procesos de fabricación de semiconductores se denominan aserrado por hilo y rectificado.

En la búsqueda de nuevos métodos de fabricación de semiconductores para reducir los residuos durante el proceso de fabricación Mariana Bertoni, profesora de ingeniería eléctrica en la Ira A. Fulton Schools of Engineering de Arizona State University (ASU), y su exestudiante de doctorado Pablo Guimerá Coll, crearon la herramienta Sonic Lift-off.

Esta herramienta utiliza ondas sonoras para cortar las obleas de semiconductores, los cortes limpios y precisos resultantes de las ondas sonoras permiten que el material del sustrato se utilice varias veces y eliminan por completo la necesidad de rectificar, lo que en última instancia reduce el desperdicio en el proceso de fabricación.

Siempre me ha fascinado el proceso en el que un trozo de material se separa de un trozo más grande, incluso en la naturaleza, y el papel de las vibraciones en la rotura de cosas“, dice Bertoni.

Sonic Lift-off es un proyecto que se ha mostrado prometedor, por lo que Bertoni y Coll fundaron la empresa Crystal Sonic para seguir desarrollando y comercializando su investigación.

Arno Merkle, CEO de Crystal Sonic, explica que “Sonic Lift-off reduce el desperdicio de sustrato al permitir que los bloques de sustrato que normalmente se usan solo una vez se reutilicen una o más veces. Dice que la aplicación principal del método es para materiales semiconductores compuestos como el arseniuro de galio, el nitruro de galio y el carburo de silicio”.

Estos materiales se utilizan comúnmente para aplicaciones de electrónica de potencia, como ciertos tipos de paneles solares y chips que convierten la electricidad y regulan su flujo en los componentes de la red eléctrica y en los trenes motrices y cargadores de vehículos eléctricos.

Ese tipo de chips no suelen ser los chips de computadora en los que pensarías, como el procesador de tu computadora o teléfono, pero se utilizan para otras aplicaciones como sensores, por lo que incluso los sensores 3D de tu iPhone que miden el reconocimiento facial y otros sensores para medir la luz o la distancia son ejemplos“, dice Merkle.

Debido a la dificultad de producir materiales semiconductores compuestos de alta calidad y a la gran cantidad de residuos que se derivan de la producción de chips, los dispositivos que los utilizan son caros de producir. La reducción de residuos con Sonic Lift-off podría reducir al menos a la mitad el mayor coste de los chips semiconductores compuestos, que se enfrentan a una demanda cada vez mayor.

Crystal Sonic ganó uno de los 12 premios de financiación por 850, 000 dólares del Programa de Investigación de Innovación para Pequeñas Empresas y Transferencia de Tecnología para Pequeñas Empresas de la NASA, conocido como SBIR por sus siglas en inglés, a través de SBIR Ignite Fase II para Sonic Lift-off, para el cual la agencia ve un uso potencial para fabricar células solares que puedan usarse en el espacio.

Los programas SBIR y STTR se ofrecen a través de todas las agencias federales de los Estados Unidos para fomentar el desarrollo de tecnología de las pequeñas empresas estadounidenses para su uso en entornos comerciales y gubernamentales. El programa SBIR Ignite, iniciado en 2022 y específico para proyectos de la NASA, busca ayudar a las pequeñas empresas mediante la distribución de fondos en un plazo acelerado en comparación con los procesos tradicionales más largos de SBIR y STTR, lo que permite a las empresas continuar su investigación con una interrupción mínima y desarrollar su tecnología más rápidamente.

Los fondos de SBIR Ignite Fase II de Crystal Sonic permitirán a la compañía construir una versión de segunda generación de la herramienta Sonic Lift-off y trabajar con fabricantes de tecnología solar espacial para determinar si el método se puede utilizar en la producción de dispositivos funcionales de cuatro pulgadas.