La microelectrónica, el campo dedicado al desarrollo y fabricación de componentes y sistemas electrónicos a microescala, es la piedra angular de la innovación digital moderna. Gracias a avances continuos en materiales, arquitecturas de dispositivos y procesos de fabricación, ha revolucionado la electrónica moderna, reduciendo los dispositivos desde máquinas del tamaño de una habitación hasta los teléfonos inteligentes compactos que llevamos en el bolsillo.
La industria microelectrónica está experimentando actualmente una transformación sin precedentes, impulsada por tecnologías emergentes como la inteligencia artificial (IA), el internet de las cosas (IoT), las comunicaciones 5G/6G y la computación cuántica. Estas aplicaciones exigen componentes sofisticados con características de rendimiento mejoradas, mayor velocidad de procesamiento, menor consumo de energía, una mejor gestión térmica y una mayor miniaturización. Simultáneamente, los nuevos materiales como el grafeno, los nanotubos de carbono (NTC), las perovskitas y los semiconductores III-V avanzados posibilitan nuevas arquitecturas de dispositivos, mientras que las técnicas de fabricación como la litografía ultravioleta extrema (EUV), la deposición atómica por capas (ALD) y la integración heterogénea están ampliando los límites de la Ley de Moore.
La convergencia de estos avances tecnológicos con las crecientes demandas de los mercados crea un complejo ecosistema de innovación en el que los descubrimientos revolucionarios pueden cambiar rápidamente segmentos enteros de la industria, lo que hace que la información tecnológica actualizada sea fundamental para tener una ventaja competitiva. Las oportunidades de mercado son enormes: valorado en 482 000 millones de dólares en 2025, se espera que el mercado de la microelectrónica crezca a una CAGR del 5,7 % hasta 2035, alcanzando casi 840 000 millones de dólares en valor para ese año.
Aunque los descubrimientos revolucionarios ofrecen enormes oportunidades, también generan desafíos en la gestión de la información, como la fragmentación de información crítica entre revistas académicas dispares, bases de datos de patentes y actas de conferencias, lo que dificulta obtener una visión holística del desarrollo tecnológico. Las organizaciones pueden tener dificultades para identificar aplicaciones y materiales emergentes en las primeras fases de investigación, y perder oportunidades clave para el posicionamiento estratégico, la formación de alianzas o la respuesta competitiva antes de que estas tecnologías alcancen la madurez comercial. Una solución integral requiere acceso a fuentes de datos integradas y fidedignas que puedan superar estos silos de información.
Aprovechamos la CAS Content CollectionTM, el mayor repositorio de información científica seleccionado por humanos, para demostrar cómo extraer de manera eficaz información práctica sobre microelectrónica del enorme corpus de información publicada sobre este tema. La Colección de contenidos de CAS es accesible a través de soluciones CAS como CAS SciFinder®, CAS STNext® y CAS BioFinder®. Se basa en CAS REGISTRY®, que es la fuente autorizada de información sobre más de 290 millones de sustancias orgánicas e inorgánicas únicas.
Con estos recursos, combinamos el procesamiento del lenguaje natural (PLN) con el sistema de indexación de CAS para identificar más de 200 áreas temáticas científicas emergentes en publicaciones de revistas y patentes de microelectrónica. Estos resultados se visualizan a través de una serie de mapas TrendScape de CAS derivados de un análisis exhaustivo de aproximadamente 1,1 millones de artículos de revistas y patentes publicados en los últimos 20 años.
Los mapas presentan las nuevas áreas temáticas científicas identificadas en un formato intuitivo y jerárquico, organizado en cuatro ramas principales: aplicaciones, dispositivos, materiales y métodos de fabricación. Muchas de estas áreas temáticas representan tecnologías emergentes en etapas tempranas, y los mapas TrendScape están diseñados para ofrecer acceso visual inmediato a nuevas áreas temáticas, sus relaciones categóricas, volumen de investigación y niveles de interés actuales.
Nuestro informe sindicado contiene el análisis completo y todos los mapas de TrendScape. Para obtener una vista resumida de estos análisis, exploremos la sección de aplicaciones de nuestro análisis de la bibliografía de microelectrónica para comprender mejor las tecnologías emergentes más importantes:
Aplicaciones emergentes y maduras en microelectrónica
Mediante un análisis basado en PNL, analizamos casi 1,1 millones de publicaciones en revistas y patentes para identificar áreas temáticas emergentes. Las áreas temáticas identificadas se organizaron jerárquicamente para generar un TrendScape de CAS que abarca cuatro ramas principales: aplicaciones, métodos de fabricación, dispositivos y materiales (véase la Figura 1).
Cada rama contiene subramas que se ponderan según el número respectivo de publicaciones de revistas y patentes entre 2020 y 2024. Estos pesos se representan como nodos hexagonales de tamaño creciente, correspondientes a rangos de publicación que van de 20 a más de 50 000. Los nodos hexagonales también se colorean según su aumento medio, como indica la leyenda del recuadro.
La inspección visual del mapa de Aplicaciones indica que las subramas de energía y electrónica contienen los mayores volúmenes de publicación en cuanto a revistas y patentes (véase la Figura 2). La rama de revistas de aplicaciones está estructurada en seis subramas principales: energía, computación cuántica, biomédica, electrónica, sensores y laboratorio de conducción autónoma; cuatro de ellas cuales se subdividen a su vez en campos especializados. La rama de patentes de aplicaciones está considerablemente más diversificada, con temas como láseres, nanogeneradores, comunicaciones y radiofrecuencia (RF), y componentes electromecánicos.
Los dominios de aplicación con menores volúmenes de publicaciones incluyen computación cuántica, laboratorios autónomos y dispositivos retinomorfos. Estos nuevos campos representan oportunidades significativas para la expansión futura de la investigación. El panorama relativamente escaso de publicaciones en estas áreas sugiere que se encuentran en las primeras fases de desarrollo, con un potencial sustancial de crecimiento a medida que maduren las tecnologías relacionadas y surjan aplicaciones prácticas. También hemos detectado aumentos clave en la publicación de patentes para innovaciones como la piel electrónica. Esta disparidad entre campos establecidos y emergentes resalta la naturaleza dinámica del panorama de la investigación e identifica áreas estratégicas para futuras investigaciones.
Piel electrónica (E-skin)
La piel electrónica incluye sistemas electrónicos suaves, flexibles, estirables y autorreparables que imitan las propiedades multifuncionales de la piel biológica. Como el órgano más grande del cuerpo, la piel humana desempeña funciones fisiológicas clave, como la termorregulación y la mediación de la respuesta inmunitaria. La piel cuenta con una plétora de receptores capaces de detectar diversos estímulos relacionados con la presión, la temperatura, el tacto y la orientación espacial, entre muchos otros. Para imitar la complejidad de la piel humana, la piel electrónica debe incorporar sistemas capaces de detectar, transmitir y procesar los estímulos.
La convergencia de la medicina personalizada con las tecnologías avanzadas de detección ha intensificado la demanda de sistemas sofisticados de detección y procesamiento de señales biológicas. Las aplicaciones de la piel electrónica abarcan múltiples dominios, desde implementaciones biomédicas que incluyen prótesis, cicatrización de heridas y supervisión continua de la salud, hasta aplicaciones más amplias en robótica, interfaces persona-máquina y sistemas de entretenimiento interactivo. Este diverso panorama de aplicaciones, combinado con los continuos avances en ciencias de los materiales y técnicas de fabricación, posiciona a la piel electrónica como una tecnología transformadora en la intersección de la electrónica, las ciencias de los materiales y la ingeniería biomédica.
Nuestro análisis encontró un notable interés comercial, evidenciado por mayores incrementos promedio en patentes en comparación con publicaciones en revistas (1.3X vs 1.0X). Las publicaciones en revistas han seguido creciendo significativamente desde 2015, lo que sugiere que el campo sigue en desarrollo inicial. Sin embargo, el crecimiento de las patentes muestra que la piel electrónica está a punto de dar el salto a aplicaciones más comerciales. Las investigaciones recientes se han centrado más en el desarrollo de sistemas de piel electrónica biodegradables, para dar respuesta a las preocupaciones de sostenibilidad ambiental y mantener al mismo tiempo el rendimiento funcional.
Computación cuántica
La computación cuántica representa un paradigma computacional revolucionario que aprovecha los fenómenos de la mecánica cuántica, la superposición y el entrelazamiento para lograr capacidades de procesamiento sin precedentes. A diferencia de los ordenadores clásicos que procesan bits binarios (0s y 1s), los ordenadores cuánticos emplean bits cuánticos (qubits) capaces de existir en múltiples estados simultáneamente. Esta distinción fundamental permite una aceleración exponencial en el procesamiento de la información, transformando potencialmente campos limitados por límites computacionales clásicos.
El panorama de la computación cuántica está cambiando rápidamente en múltiples dimensiones. La supercomputación centrada en la cuántica integra procesadores cuánticos con sistemas tradicionales de computación de alto rendimiento y crea arquitecturas híbridas que aprovechan las fortalezas de ambos paradigmas. El aprendizaje automático cuántico explota el paralelismo cuántico para superar potencialmente los conceptos clásicos de la IA en aplicaciones específicas.
Además, el desarrollo de la internet cuántica se centra en el establecimiento de redes para la comunicación segura y la computación cuántica distribuida. Los investigadores también están desarrollando procesadores cuánticos específicos para aplicaciones optimizados para dominios de problemas concretos, mientras logran demostraciones convincentes de ventaja cuántica en las que los sistemas cuánticos superan a los superordenadores clásicos.
La computación cuántica está empezando a demostrar su valor práctico en diversos sectores. En el sector farmacéutico, empresas como Roche y Merck emplean algoritmos cuánticos para simular interacciones moleculares entre medicamentos y proteínas, lo que reduce potencialmente los plazos de descubrimiento de fármacos de años a meses. Las instituciones financieras, como JPMorgan Chase y Goldman Sachs, están desarrollando métodos cuánticos de optimización de carteras y fijación de precios de derivados complejos.
El sector logístico puede beneficiarse de las soluciones cuánticas a los problemas de rutas, y Volkswagen está probando algoritmos para la optimización del flujo de tráfico y de la cadena de suministro. Las empresas energéticas están aprovechando la computación cuántica para la optimización de la red, la investigación de la química de las baterías y el desarrollo de tecnologías de captura de carbono.
En ciberseguridad, la computación cuántica impulsa una innovación dual, lo que supone una amenaza para el cifrado y las soluciones actuales mediante la distribución de claves cuánticas y protocolos de criptografía poscuántica. Esta tecnología ofrece soluciones potenciales a los desafíos más acuciantes de la humanidad, desde la modelización del clima al tratamiento de las enfermedades, al tiempo que crea categorías de problemas totalmente nuevas que solo pueden tener respuesta de los sistemas cuánticos.
Laboratorios autónomos
Los laboratorios autónomos se definen como «una plataforma experimental modular asistida por aprendizaje automático que realiza iterativamente una serie de experimentos seleccionados por el algoritmo de aprendizaje automático para lograr un objetivo definido por el usuario». Estas innovaciones permiten la exploración rápida de materiales y condiciones de proceso que, de otro modo, serían impracticables mediante métodos tradicionales.
En el ámbito de la microelectrónica, se han explorado los laboratorios autónomos para optimizar la deposición de películas finas, la estabilidad del material, específicamente de las perovskitas de haluro, y para el descubrimiento de nuevos materiales en 2D. La adopción de laboratorios autónomos ofrece el potencial de acelerar el desarrollo de dispositivos neuromórficos, componentes de computación cuántica y nuevas tecnologías de memoria en órdenes de magnitud, al tiempo que se reducen los costes de desarrollo y se mejora la reproducibilidad.
Dispositivos retinomórficos
Los dispositivos retinomórficos son una clase especializada de sensores ópticos que intentan emular la estructura y la función de las retinas biológicas, realizando la computación dentro del sensor para procesar la información visual en el punto de detección. A diferencia de los sensores de imagen convencionales que se limitan a capturar y transmitir datos de píxeles en bruto, los sistemas retinomórficos integran la fotodetección con el procesamiento local de señales, imitando la capacidad de la retina para extraer características como bordes, movimiento y contraste antes de transmitir la información a centros de procesamiento superiores. Los dispositivos retinomórficos están encontrando aplicaciones en vehículos autónomos, robótica y sistemas de realidad aumentada en los que el procesamiento de la visión en tiempo real y con un consumo eficiente de energía es fundamental.
Desafíos y oportunidades en microelectrónica
Nuestro exhaustivo análisis revela una industria microelectrónica que está experimentando una transformación sin precedentes en múltiples dimensiones: desde los avances en la ciencia de los materiales hasta las revolucionarias aplicaciones a nivel de sistema, desde los descubrimientos académicos hasta la implementación comercial, y desde los concentrados centros regionales de innovación hasta las capacidades de investigación distribuidas por todo el mundo. La aparición de materiales innovadores junto con arquitecturas de dispositivos innovadoras demuestra la exitosa evolución de la industria más allá de los paradigmas tradicionales basados en silicio, posicionándola para satisfacer las crecientes demandas de IA, IoT y aplicaciones tecnológicas sostenibles.
Al mismo tiempo, la industria se enfrenta a grandes desafíos, como las complejidades logísticas, las limitaciones de material, los imperativos de sostenibilidad y las incertidumbres regulatorias. Nuestro informe completo profundiza en estos temas, y nuestro análisis del panorama de la investigación revela hacia dónde se dirige la industria y cómo puede superar estos desafíos.
Este análisis integral del panorama aprovecha la inteligencia científica de casi 2,3 millones de publicaciones a lo largo de dos décadas para proporcionar la base estratégica necesaria para que las partes interesadas afronten estas complejidades y aprovechen las oportunidades emergentes. Ya sea estableciendo las prioridades de investigación y desarrollo, fundamentando las decisiones de inversión o posicionando a las organizaciones de forma competitiva en este campo dinámico, la información presentada aquí ofrece la ventaja crítica necesaria no solo para participar en la revolución de la microelectrónica, sino para liderarla.
