Imec demuestra por primera vez mediante litografía EUV la fabricación de nanoporas semiconductoras en escala de oblea

Imec realiza trabajos pioneros en la fabricación de nanopores en estado sólido a escala de oblea (300 mm) con litografía EUV, como se muestra en la foto. © imec / Imec pioneros en la producción a escala de oblea completa (300 mm) de nanopores en estado sólido con litografía EUV, como se muestra en la foto. © imec

Sección transversal y vista superior en TEM de la nanoporo de estado sólido fabricada,

Sección transversal y vista superior en TEM de la nanoporo de estado sólido fabricada. / Cross-sectional and top-view TEM of the fabricated solid-state nanopore,

1. Imec ha logrado la primera fabricación exitosa de nanopores semiconductores a escala de oblea mediante litografía EUV en obleas de 300 mm. Esta innovación convierte la tecnología de nanopores de un concepto en laboratorio en una plataforma escalable para biosensores, genómica y proteómica.
2. Los nanopores son considerados un avance decisivo para la genómica y proteómica, pero hasta ahora, los nanopores semiconductores no se habían producido en masa debido a fluctuaciones y problemas de integración. El avance de Imec allana el camino para matrices de biosensores compatibles con CMOS de alto rendimiento, que podrían acelerar la medicina personalizada, diagnósticos rápidos y el almacenamiento de datos moleculares.
3. Fabricación de nanopores a escala de oblea mediante litografía EUV en obleas de 300 mm con un tamaño de aproximadamente 10 nm y alta uniformidad en toda la oblea. El proceso de fabricación es prometedor para alcanzar tamaños de poro inferiores a 5 nm con mejoras adicionales en las técnicas de integración de procesos. La caracterización de la translación eléctrica y biomolecular mostró una relación señal-ruido de 6,2.

En la reunión IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2025), imec, un centro líder mundial en investigación e innovación en tecnologías avanzadas de semiconductores, presenta la primera fabricación exitosa de nanopores semiconductores a escala de oblea mediante litografía EUV (Extreme Ultraviolet Lithography). Los nanopores semiconductores se están convirtiendo en herramientas potentes para la sensórica molecular, pero aún no están disponibles comercialmente. Esta demostración de viabilidad es un paso crucial hacia su producción en masa rentable.

Los nanopores semiconductores son pequeños agujeros de solo unos pocos nanómetros de tamaño, grabados en membranas de nitruro de silicio. Cuando se sumergen en un líquido y se conectan a electrodos, permiten que pasen moléculas individuales y generan señales eléctricas que pueden analizarse en tiempo real. Como el tamaño de los poros puede ajustarse fácilmente, ofrecen una amplia gama de aplicaciones, desde la identificación de virus hasta el análisis de ADN y proteínas. Este método de detección de moléculas individuales sin marcadores es clave para la próxima generación de diagnósticos, proteómica, genómica e incluso para aplicaciones de almacenamiento de datos moleculares.

Por otro lado, los nanopores biológicos, formados por proteínas en membranas lipídicas, han permitido plataformas de secuenciación comerciales, pero están limitados por problemas de estabilidad e integración. Los nanopores semiconductores superan estas limitaciones gracias a su robustez, capacidad de ajuste y compatibilidad con la fabricación de semiconductores, lo que los hace ideales para sensores escalables de alto rendimiento. Sin embargo, sigue siendo un desafío lograr la precisión y uniformidad de nanopores semiconductores a nivel nanométrico en grandes áreas. Las técnicas de fabricación actuales suelen ser lentas y limitadas al laboratorio, lo que retrasa su uso generalizado en aplicaciones sensoriales.

En un nuevo trabajo que se presentará en el IEDM 2025, imec informa sobre la fabricación exitosa de nanopores altamente homogéneos con diámetros de hasta aproximadamente 10 nm en obleas completas de 300 mm. El equipo combinó litografía EUV con una técnica de grabado basada en separadores para lograr precisión y reproducibilidad a nivel nanométrico, dos desafíos históricos en la tecnología de nanopores.

Los nanopores se incrustaron en membranas de nitruro de silicio y se caracterizaron eléctricamente en entornos acuosos. Experimentos de translación con fragmentos de ADN también confirmaron una alta relación señal-ruido y un excelente comportamiento de mojado, lo que ratifica el rendimiento del sensor de nanopores con material biológico.

"Imec está en una posición única para lograr este avance. Podemos aplicar la litografía EUV, tradicionalmente reservada para memoria y lógica, a las ciencias de la vida. Al aprovechar nuestra infraestructura de litografía, hemos demostrado que los nanopores semiconductores pueden fabricarse a gran escala con la precisión necesaria para la sensórica molecular", dijo Ashesh Ray Chaudhuri, autor principal y líder de proyectos de I+D en imec. "Esto abre la puerta a matrices de biosensores de alto rendimiento para la salud y otros campos".

De cara al futuro, este logro puede facilitar diagnósticos rápidos, medicina personalizada y huellas digitales moleculares. Basándose en los avances en nanopores EUV, imec está desarrollando actualmente un sistema modular de lectura con fluidificación escalable como plataforma para el desarrollo de química relevante para aplicaciones. El equipo invita a desarrolladores de herramientas de ciencias de la vida a utilizar esta plataforma para probar sus conceptos y requisitos.

En la IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) 2026, se presentará el trabajo "A 256-Channel Event-Driven Readout for Solid-State Nanopore Single-Molecule Sensing with 193 pArms Noise in a 1 MHz Bandwidth", que muestra una solución de lectura ASIC de prueba de concepto desarrollada por imec, compatible con nanopores de próxima generación personalizados.