El rendimiento y la estabilidad de los teléfonos inteligentes y los servicios de inteligencia artificial (IA) dependen de la uniformidad y precisión con la que se procesan las superficies de los semiconductores. Investigadores del KAIST (Instituto de Ciencia y Tecnología Avanzada de Corea) han ampliado el concepto del “papel de lija” cotidiano al ámbito de la nanotecnología, desarrollando una nueva técnica capaz de procesar superficies de semiconductores de manera uniforme hasta el nivel atómico. Esta tecnología demuestra el potencial para mejorar significativamente la calidad de la superficie y la precisión del procesamiento en procesos avanzados de semiconductores, como la memoria de alto ancho de banda (HBM).
El KAIST (presidido por Kwang Hyung Lee) anunció el 11 de febrero que un equipo de investigación liderado por el profesor Sanha Kim del Departamento de Ingeniería Mecánica ha desarrollado un “papel de lija nano” que utiliza nanotubos de carbono – decenas de miles de veces más delgados que un cabello humano – como materiales abrasivos. Esta tecnología permite un procesamiento de superficies más preciso que los procesos de fabricación de semiconductores existentes, al tiempo que reduce las cargas ambientales generadas durante la fabricación, presentando una nueva técnica de planarización.
Aunque el papel de lija es una herramienta familiar utilizada para alisar superficies mediante fricción, ha sido difícil aplicarlo a campos como los semiconductores, donde se requiere un procesamiento de superficies extremadamente preciso. Esta limitación surge porque el papel de lija convencional se fabrica uniendo partículas abrasivas con adhesivos, lo que dificulta la fijación uniforme de partículas extremadamente finas.
Para superar estas limitaciones, la industria de semiconductores ha adoptado un proceso de planarización conocido como pulido químico mecánico (CMP), que utiliza una suspensión química en la que las partículas abrasivas se dispersan en un líquido. Sin embargo, este método requiere pasos de limpieza adicionales y genera grandes cantidades de residuos, lo que hace que el proceso sea complejo y perjudicial para el medio ambiente.
Para abordar estos problemas, el equipo de investigación extendió el concepto de papel de lija a la nanoescala. Alineando verticalmente los nanotubos de carbono, fijándolos dentro de poliuretano y exponiéndolos parcialmente en la superficie, implementaron un “papel de lija nano”. Esta estructura suprime estructuralmente la separación de los abrasivos, eliminando las preocupaciones sobre el daño de la superficie y manteniendo un rendimiento estable incluso después de un uso repetido.
El papel de lija nano desarrollado en este estudio logra una densidad abrasiva aproximadamente 500.000 veces mayor que la del papel de lija comercial más fino disponible. La precisión del papel de lija se expresa en términos de “densidad abrasiva (número de grano)”, que indica la densidad con la que se disponen las partículas abrasivas en la superficie. Si bien el papel de lija cotidiano suele oscilar entre 40 y 3000 granos, el papel de lija nano supera los 1.000.000.000 de granos. A través de esta estructura extremadamente densa, las superficies podrían procesarse con una precisión de varios nanómetros, equivalente al grosor de solo unos pocos átomos.
La eficacia del papel de lija nano se confirmó mediante experimentos. Las superficies de cobre rugosas se pulieron hasta alcanzar una suavidad a nivel nanométrico, y en experimentos de planarización de patrones de semiconductores, la técnica redujo los defectos de hundimiento hasta en un 67% en comparación con los procesos CMP convencionales. Los defectos de hundimiento se refieren al fenómeno en el que el centro de las líneas de interconexión se hunde, un defecto importante que afecta al rendimiento y la fiabilidad de los semiconductores avanzados, como la HBM.
En particular, debido a que los materiales abrasivos están fijados en la superficie del papel de lija, la tecnología no requiere un suministro continuo de soluciones de suspensión como en los procesos convencionales. Esto reduce los pasos de limpieza y elimina los residuos de suspensión, presentando la posibilidad de una transición de la fabricación de semiconductores hacia procesos más respetuosos con el medio ambiente.
El equipo de investigación espera que esta tecnología pueda aplicarse a procesos avanzados de planarización de semiconductores, como la HBM utilizada en servidores de IA, así como a procesos de unión híbrida, que están ganando atención como tecnologías de interconexión de semiconductores de próxima generación. El estudio también es significativo en el sentido de que amplía el concepto cotidiano de papel de lija a la tecnología de procesamiento de nanoprecisión, lo que sugiere la posibilidad de asegurar las tecnologías básicas necesarias para la fabricación de semiconductores.
El profesor Sanha Kim declaró: “Este es un estudio original que demuestra que el concepto cotidiano de papel de lija puede extenderse a la nanoescala y aplicarse a la fabricación de semiconductores ultrafinos”, añadiendo: “Esperamos que esta tecnología conduzca no solo a un mejor rendimiento de los semiconductores, sino también a procesos de fabricación respetuosos con el medio ambiente”.
En este estudio, la Dra. Sukkyung Kang del Departamento de Ingeniería Mecánica participó como primera autora. La investigación fue reconocida por su excelencia al recibir el Premio de Oro (primer lugar) en la División de Ingeniería Mecánica del 31º Premio al Trabajo Tecnológico Humano Samsung, organizado por Samsung Electronics. Los hallazgos se publicaron en línea el 8 de enero de 2026 en la revista internacional Advanced Composites and Hybrid Materials (IF 21.8).
※ Título del artículo: “Papel de lija de nanotubos de carbono para el acabado de superficies con precisión atómica”
DOI: https://doi.org/10.1007/s42114-025-01608-3
Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Investigación de Corea (Programa de Investigadores de Carrera Media; Ministerio de Ciencia y TIC, NRF, RS-2025-00560856), el Programa Glocal Lab (Ministerio de Educación, NRF, RS-2025-25406725), el Programa InnoCORE (Ministerio de Ciencia y TIC, NRF, N10250154) y el Programa de Investigación Jump-Up del KAIST.
