Universidad Tecnológica de Matamoros Mecatrónica área de automatización Materia: Estructura de los materiales Tema: SEMICONDUCTORES Integrantes: Santiago de la Garza Martínez Sergio Eduardo Santana muñoz Arturo García Gómez Carlos Alonso Jiménez Bueno Juan Carlos Aguillón Villegas José Gabriel Cruz Rivera Profesor: Adán Waldemar Echeverría García Grupo: 4A3M H. Matamoros Tamaulipas 02/02/2023 1 INTRODUCCION Un semiconductor se define como una materia poseedora de la propiedad de la conductividad. En condiciones apropiadas, este puede actuar bien como conductor de electricidad, o como aislante de la misma, dependiendo de las condiciones físicas en que se encuentren. Estas condiciones usualmente involucran la temperatura y la presión, la incidencia de las radiaciones o las intensidades del campo eléctrico o campo magnético al cual se vea sometido el material. Además, puede modular la cantidad de conducción que se da en cada proceso. Los tipos de materiales más comunes que actúan como semiconductores incluyen el Silicio, el Germanio, el Azufre, el Oxígeno, y otros elementos de la tabla periódica. Los semiconductores son especialmente útiles en la industria de la electrónica, dado que permiten conducir y modular la corriente eléctrica de acuerdo con los patrones necesarios. En la actualidad, el semiconductor más empleado es el silicio (Si), particularmente en la industria electrónica y de la computación. JUSTIFICACION Los materiales semiconductores y sus aplicaciones han sido factor clave en el desarrollo y crecimiento de las sociedades modernas, ya que son la base de gran parte de las nuevas tecnologías. Los semiconductores son necesarios para el funcionamiento de prácticamente todos los dispositivos electrónicos que utilizamos a diario, o para la fabricación de coches, teléfonos móviles, telecomunicaciones, etc., y son necesarios para el desarrollo de la inteligencia artificial. En los últimos años, el crecimiento de la demanda procedente de muchos sectores diferentes ha ocasionado que, en muchos casos, la capacidad de producción de las empresas sea inferior a la demanda del mercado. Estos desequilibrios entre oferta y demanda han afectado directamente a los precios y disponibilidad de los productos. La actualidad del estudio de las propiedades ópticas y electrónicas de los diferentes compuestos semiconductores se encuentra en la amplia gama de aplicación tecnológica de la que son objeto. En particular, los compuestos semiconductores basados en el nitrógeno, de la familia de compuestos III--V, están siendo tema de diversos estudios, tanto experimentales como teóricos, debido a su potencial aplicación en dispositivos electro-ópticos. En este proyecto proponemos realizar un estudio teórico detallado de las propiedades de estos mismos. 2 MARCO TEORICO ¿POR QUE SON IMPORTANTES LOS MATERIALES SEMICONDUCTORES? Los semiconductores y sus aplicaciones representan una de las revoluciones tecnológicas de mayor impacto en nuestra sociedad (Pinochet & Tarache, 2001). La industria de semiconductores [IS] ha cambiado al mundo y sigue realizando tareas de suma importancia para la vida cotidiana de manera rápida y sencilla, siendo un ejemplo de ello los transistores, los cuales son la mayor aplicación tecnológica de esta industria en el mercado global, lo cual genera una enorme gama de productos en base a semiconductores que dan origen a lo que hoy en día se conoce como industria electrónica. Por ello, la IS se ha convertido en pieza clave para la economía, la competitividad global, y el liderazgo tecnológico; haciendo posible la innovación y el crecimiento tecnológico (Semiconductor Industria Asociación, 2014). LA APLICACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES EN DIFERENTES DISPOSITIVOS Y SU RELEVANCIA EN CADA INDUSTRIA. La electrónica y el desarrollo industrial. Las tecnologías relacionadas con la electrónica están siendo tan centrales para el desarrollo industrial que numerosos países en vías de desarrollo se ven tentados de hacerlas la piedra clave de sus estrategias futuras, como ocurrió con la industria siderúrgica en la época posterior a la descolonización. No obstante, es importante distinguir entre los diferentes sectores secundarios de la industria. En algunos, por ejemplo, el de los semiconductores, la innovación de las tecnologías automatizadas parece susceptible de reducir la ventaja comparativa establecida en los países en vías de desarrollo con bajos costos salariales. En otros sectores, tales como la electrónica de los artículos de consumo, las indicaciones parecen más esperanzadoras. Los elevados costos (tanto monetarios como de mano de obra especializada) que representa la entrada en la industria aconsejan cautela contra estrategias mal dirigidas que ponen de relieve la expansión de sectores secundarios inapropiados en los países en vías de desarrollo. 3 ¿A QUE SE DEBE LA ESCACES DE LOS MATERIALES SEMICONDUCTORES? Los semiconductores son componentes electrónicos fundamentales para la realización de la tecnología que conocemos hoy en día, permitiendo regular la energía eléctrica de forma inteligente (Fernández, 2014). El dispositivo semiconductor más simple es el diodo, sus aplicaciones más evidentes son: la conversión de corriente alterna en continua [proceso de rectificación], conversión de energía luminosa a eléctrica [células solares], y la emisión de luz [LED’s]1 ; por otro lado, el dispositivo semiconductor más relevante visto desde el punto tecnológico es el transistor, el cual es utilizado para producir una señal de salida como respuesta a una señal de entrada, dispositivo que se puede encontrar en los televisores, equipos de música, relojes y celulares (Pinochet & Tarrach, 2001). En 1983, aumentó la demanda de semiconductores a partir del alto consumo de computadoras de casa, videograbadoras, control industrial y hardware militar en EE. UU. (Forester, 1995). En 1986, tan sólo 25 empresas alrededor del mundo acaparaban el 94% del mercado mundial, dicho mercado alcanzó en 1987 un monto de 30 mil millones de dólars [mmdd], el cual, el 80% correspondía a los circuitos integrados, que son el sector más dinámico (Correa, 1991). En la década de los 80´s la industria estadounidense de semiconductores mostraba más del 50% de las ventas en todo el mundo, aunque debido a la intensa presión competitiva de la industria japonesa, bajó 19 puntos, ocupando el primer lugar hasta finales de los 80’s; a partir de esto la industria estadounidense comenzó a recuperarse, y aunque algunos años más tarde las industrias Europea y Asiática [Corea, Taiwán y China] ingresaron a la competencia, en la actualidad la industria estadounidense sigue teniendo la mitad de las ventas mundiales (Semiconductor Industry Association, 2014). Actualmente, según la consultora IDC, durante el primer trimestre de 2021 las ventas mundiales de ordenadores crecieron un 55 % en comparación con el mismo periodo de 2020. Esta espectacular subida, como es lógico, se debe al aumento del teletrabajo, de las clases online y del ocio digital provocado por la pandemia. La demanda de dispositivos electrónicos en general ya se disparó durante el confinamiento de 2020, según reflejan las cifras, y desde entonces no ha levantado el pie del acelerador. Muchas industrias clásicas demandan cada vez más estos componentes electrónicos, como la automovilística, para la que los microchips se han vuelto imprescindibles a la hora de fabricar tanto vehículos convencionales como eléctricos por la mejora en los niveles de seguridad que permiten. Todo esto ha hecho que las fábricas de semiconductores, cerradas también durante el confinamiento, operando con limitaciones tras su reapertura y enfrentándose a sus propios problemas de abastecimiento, se hayan visto desbordadas por la demanda. Como 4 resultado, la industria automovilística, la electrodoméstica o la informática, entre otras, se han visto obligadas a recortar su producción. En respuesta a esto, Intel ya ha anunciado que va a invertir 20.000 millones de dólares en dos nuevas fábricas en Arizona (Estados Unidos). Asimismo, China y la Unión Europea también han manifestado su intención de abrir fábricas para paliar la escasez de semiconductores. Sin embargo, este tipo de instalaciones, debido a la complejidad que supone producir microchips, tardan tiempo en iniciar su actividad, por lo que la crisis podría persistir en el corto plazo. ANTECEDENTES ACTUALES Ciudad de México, 8 de junio de 2021. En enero de 2021, la Industria Nacional de Autopartes (INA) anunció, durante una conferencia de prensa, que el sector automotriz estaba atravesando por un escenario complejo, en el que las armadoras de Norteamérica tendrían que dejar de producir hasta 768 mil 553 vehículos este año. ¿La razón? La escasez mundial de semiconductores1. Pero, ¿qué son los semiconductores? y ¿a qué se debe que no haya suficientes de estos componentes para cubrir la demanda de la industria de automóviles? Los semiconductores son componentes electrónicos diminutos, del tamaño de nanómetros (millonésimas partes de un milímetro), que realizan funciones muy complejas a grandes velocidades. Sus aplicaciones son inmensas, porque son la base para fabricar los microcircuitos que utiliza cualquier aparato electrónico que conocemos para funcionar, y la mayoría de ellos está hecha con silicio, el segundo elemento más abundante de la corteza terrestre2. Esto significa que los semiconductores no solo se utilizan para garantizar el correcto funcionamiento eléctrico de los autos —de hecho, la industria automotriz solo representa 5% de la demanda mundial de semiconductores, de acuerdo con cifras de IHS Markit—, sino que son componentes adquiridos, en mayores cantidades, por otros sectores. Casi todos los aparatos electrónicos de nuestros hogares, desde calculadoras de mano, hasta computadoras, celulares y pantallas, utilizan semiconductores para funcionar. Pero, si son tan comunes y su materia prima es un elemento abundante en la Tierra, ¿qué ha causado su escasez? La respuesta es un incremento muy acelerado de la demanda de semiconductores, a causa de la pandemia, por parte de las industrias de telecomunicaciones y de electrónica, así como la insuficiente capacidad para producir estos componentes por parte de sus fabricantes. Si hacemos memoria, en 2020, cuando se tomaron las medidas sanitarias para evitar la propagación del coronavirus, la fabricación de vehículos sufrió interrupciones y la industria dejó de adquirir semiconductores durante un tiempo, ante los bajos niveles de ventas; sin embargo, casi a la par, la demanda de estos componentes por parte de las empresas de telecomunicaciones y electrónica se disparó, porque las personas comenzaron a adquirir 5 diversos productos para llevar a cabo sus actividades laborales o educativas de forma remota. En esas circunstancias, los fabricantes de semiconductores dieron prioridad a las empresas que no dejaron de comprarles, a fin de conservar sus márgenes de utilidad y, en el momento en que las automotrices se reactivaron y requirieron nuevamente de esos microelementos, descubrieron que los fabricantes operaban a su máxima capacidad y ya no podían ofrecer el volumen de componentes necesario para cumplir, a 100%, con la producción de automóviles. SOLUCIONES Y ALTERNATIVAS Debido a que la escasez de semiconductores no es una problemática de materia prima, sino de falta de capacidad de producción de los fabricantes, la única manera de resolverla es con inversión. Hoy, buena parte de las armadoras está intentando fortalecer la infraestructura de sus proveedores con este fin; sin embargo, será aconsejable considerar que sus medidas no tendrán un impacto inmediato, ya que instalar nuevas plantas y conseguir las materias primas necesarias es una tarea que requiere de varios meses, incluso años, y la fabricación de un solo semiconductor puede demorar hasta tres meses1. En ese sentido, otra posibilidad que se ha puesto sobre la mesa es el desarrollo de plantas de fabricación de estos componentes en América, con el propósito de abastecer la demanda de la región y prevenir un desabasto futuro de la oferta asiática actual, que, según Reuters, hoy surte más de 80% de los semiconductores del mundo. Ante este escenario, ¿Qué tan factible sería, por ejemplo, crear plantas de fabricación de semiconductores en México? Para hacerlo, nuestro país necesitaría, principalmente, cumplir con dos requisitos: Mejorar su infraestructura tecnológica. México es conocido mundialmente por tener una mano de obra calificada, pero esto no sería demasiado útil al fabricar semiconductores, pues se necesita contar con las instalaciones y herramientas de alta tecnología que permitan manipular y crear estos componentes, los cuales son tan pequeños que corren el riesgo de dejar de ser funcionales si entran en contacto con cualquier partícula proveniente, incluso, del cuerpo humano –como un cabello–. Nuestro país requeriría, además de su personal, fortalecer su infraestructura tecnológica, su robótica y su automatización de procesos. Atraer a los fabricantes de semiconductores al territorio. Nuestro país podría impulsar las condiciones para crear un ambiente de inversión atractivo para los fabricantes de semiconductores. Jalisco, por ejemplo, es una entidad que ha conseguido atraer — gracias al establecimiento de alianzas estratégicas entre empresas y universidades, y de un entorno favorable para la innovación— la inversión de grandes empresas desarrolladoras de software. 6 Pero México no es el único país interesado en fabricar semiconductores. Los Estados Unidos, en los últimos meses, ha hecho grandes esfuerzos por ser el sitio ideal para el desarrollo de estas compañías. Nuestro vecino del norte cuenta con la tecnología necesaria e incluso su presidente, Joe Biden, ha entablado conversaciones con los ejecutivos de los principales fabricantes, para intentar establecer allá una parte importante de su cadena de suministro RESULTADOS El gobierno estadounidense, con las empresas principales de la industria, están llevando a cabo un proceso de reavivación de la industria a nivel nacional. En los próximos años, se planea construir dos fábricas en Arizona, a través de un acuerdo con la empresa taiwanesa TSMC (López J. C., 2022). Además, también se está llevando a cabo un plan para lograr una menor dependencia de otros países. Por ejemplo, las importaciones de microchips o productos para su creación de otros países a Estados Unidos se han reducido de un 16% en 2001 a menos del 6% en 2019 (Morales, 2021). Por ello, Estados Unidos amplió las medidas de exportación de productos extranjeros para limitar la exportación a empresas de origen no norteamericano. Tras la crisis de semiconductores, Europa también ha iniciado un proyecto para impulsar la industria conocido como “European Chips Act”. La propuesta consiste en ampliar el mercado de semiconductores europeo hasta un 20% a nivel global. Para ello, se requiere una intensificación del desarrollo de fábricas de microchips para abastecer a los países de la Unión Europea y ampliar la exportación, a través de nuevos proyectos apoyados por fondos europeos (Herranz, 2020). 40 además, TSMC plantea la creación de una nueva planta de fundición en Alemania, por sus características geográficas, hegemonía económica y alta demanda de microchips, especialmente en el sector automotriz (García J., 2021). El plan que han puesto en marcha los fabricantes de semiconductores para acabar con esta crisis no propone ninguna solución mágica. Ni siquiera una mínimamente enrevesada. Lo que persigue es, sencillamente, incrementar la producción de circuitos integrados lo suficiente para dar respuesta no solo a la demanda actual, sino también a la que se consolidará a medio plazo. El problema es que las fábricas de chips que están en marcha llevan muchos meses produciendo al límite de su capacidad (especialmente las de semiconductores de alta integración), por lo que no es posible someterlas a más estrés. Dadas las circunstancias es evidente que la única opción posible pasa por construir más fábricas y dotarlas de los equipos fotolitográficos que requiere la producción de chips de última tecnología, pero este proceso lleva su tiempo. Según Ignacio Mártil de la Plaza, catedrático de Electrónica en la Universidad Complutense de Madrid y un consumado experto en semiconductores y energía solar fotovoltaica, «una fábrica de chips de vanguardia tarda no menos de cuatro años en estar plenamente operativa». La buena noticia es que algunos de los principales fabricantes de semiconductores ya están invirtiendo buena parte de sus recursos en poner en marcha nuevas factorías. En 7 este contexto no hay ningún riesgo: saben que venderán todos los chips que sean capaces de fabricar incluso antes de producirlos. A finales del pasado mes de marzo Pat Gelsinger, el nuevo director general de Intel, anunció que la compañía que dirige invertirá aproximadamente 20 000 millones de dólares para poner a punto dos nuevas fábricas en su campus de la localidad de Ocotillo, en Arizona (Estados Unidos). Esta empresa también se ha mostrado interesada en poner en marcha una nueva fábrica de circuitos integrados en Europa que contribuya al abastecimiento de nuestro continente. Aún no se sabe en qué país residirá, aunque suena con fuerza que hay varios estados de la Unión Europea muy interesados en este proyecto y predispuestos a acoger con los brazos abiertos unas instalaciones de este tipo. No obstante, Intel no es en absoluto el único fabricante de chips que ya ha puesto en marcha la construcción de nuevas fábricas. TSMC, que actualmente es el mayor productor de circuitos integrados del planeta, ya ha iniciado las obras de una nueva factoría en Arizona (Estados Unidos) que le costará 12 000 millones de dólares. GlobalFoundries anunció a mediados del pasado mes de julio que va a construir una nueva fábrica en el estado de Nueva York que le permitirá duplicar su capacidad de producción de circuitos integrados. Y Texas Instruments inició en mayo la construcción de una nueva fábrica de chips en Dallas (Estados Unidos) que le costará 3100 millones de dólares, y ha confirmado que planea construir otra más a corto plazo. Estas declaraciones nos invitan a asumir que la crisis se prolongará durante todo 2022, y posiblemente el panorama comenzará a mejorar ligeramente en 2023. Por el momento ninguno de los altos cargos de las compañías que fabrican circuitos integrados se ha atrevido a vaticinar con precisión cuándo conseguirán poner fin al desequilibrio que nos ha colocado en esta situación, pero de sus declaraciones se desprende que el déficit dará sus últimos coletazos en 2024. Toca esperar, pero, a pesar de todo, si realmente logran resolver un problema de esta magnitud durante los próximos dos años estaremos ante un hito del que los actores involucrados deberían extraer algún aprendizaje. Ingresos de la industria de semiconductores a nivel mundial entre 2012 y 2023. 8 CONCLUSION En definitiva, los semiconductores son materias únicas que permiten la conducción de la electricidad. Su existencia es esencial para el desarrollo de muchas otras industrias, y para la producción de aparatos electrónicos que están presentes en prácticamente todas nuestras actividades diarias. Tras analizar su comercio en diferentes países, se observa que los principales jugadores de la industria son Estados Unidos, Taiwán y Corea del Sur. China ocupa una posición importante para la integración de semiconductores en los productos que se comercializan posteriormente, además de para la producción de silicio. La industria de semiconductores contribuye en un alto porcentaje al PIB de estos países, y provoca dependencia de muchos otros sectores. En 2017 y, en mayor magnitud en 2020, el sector de los semiconductores se ha visto afectado por una crisis proveniente de dos fuentes principales, una temporal y otra estructural. La primera se originó por las tensiones comerciales entre Estados Unidos y China que, a su vez, han repercutido al comercio global. Además, la pandemia por el COVID-19 en 2020 dio lugar a la paralización de la economía y a cambios en el comportamiento de los consumidores. Por otro lado, la parte estructural de la crisis se refiere a la distribución de la industria. La actual cadena de suministro se caracteriza por ser extremadamente compleja, concentrada y con grandes barreras de entrada para nuevas empresas que quieran entrar en el sector. La producción de chips se enfrenta a una tormenta perfecta que no parece que vaya a terminarse pronto. No es que no se estén fabricante chips, sino que no hay capacidad para aumentar la producción al mismo ritmo que ha crecido la demanda. Hay un déficit enorme de semiconductores y, según ASML, esto continuará siendo así durante al menos dos años. La predicción de ASML es que este año se enviarán más máquinas que el año pasado, pero todavía por debajo de la curva de la demanda. Según sus cálculos, hace falta incrementar un 50% la capacidad para lo que pide el mercado, lo que llevará al menos unos dos años. 9 REFERENCIAS 1. 1-Lucchese, D. (2021). Semiconductores: ¿carrera hacia la autosuficiencia? 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