Innovation dynamics for circular transition in the semiconductor industry

The growing urgency of climate change, resource depletion, and sustainable production has intensified interest in how innovation can support societal welfare. In this context, the semiconductor industry plays a critical role, underpinning digital technologies while also contributing to significant environmental and resource pressures. In particular, the Semiconductor Equipment Manufacturing (SEM) sector is central to this challenge because it relies on highly specialized supply networks and its role in shaping energy- and material-intensive production systems. Circularity offers a promising pathway to reconcile technological progress with environmental sustainability through strategies such as durability, reparability, remanufacturing, and recycling. However, we still know little about the characteristics of these circular innovations or how they are developed. Second, the current literature lacks a clear understanding of the actors involved and their collaboration configurations through which circular innovations are developed. Finally, the spatial determinants remain under-specified, specifically how regional capabilities and context condition the emergence of circular innovation across Europe. This thesis addresses these gaps by examining circular innovation in the European SEM industry from technological, organizational, and spatial perspectives. First, it investigates whether circular innovations differ from non-circular innovations in terms of disruptiveness and explores the inventor network conditions associated with disruptive circular innovations. Second, it examines which collaboration configurations—inter-firm, intra-firm, and multi-actor—most effectively foster circular innovation. Third, it analyzes how intra-regional, inter-regional, and cross-border knowledge networks, together with regional capabilities and institutional conditions, shape the emergence of circular innovation across European regions. Using patent-based evidence from European SEM firms, the thesis develops an integrated multi-level framework linking what circular innovations look like, how they are produced, and where they emerge. By connecting disruptive technological change with collaboration structures and regional knowledge dynamics, the study contributes to the literature on circular innovation and sustainability transitions. More broadly, it provides insights for firms and policymakers seeking to accelerate circular transitions while strengthening competitiveness and resilience in strategically important industries.

L’urgenza crescente del cambiamento climatico, dell’esaurimento delle risorse e della necessità di modelli produttivi sostenibili ha intensificato l’interesse verso il ruolo che l’innovazione può svolgere nel promuovere il benessere collettivo. In questo contesto, l’industria dei semiconduttori riveste un’importanza strategica, poiché costituisce la base delle tecnologie digitali e, al contempo, contribuisce in misura rilevante alle pressioni ambientali e materiali. In particolare, il settore della Semiconductor Equipment Manufacturing (SEM) occupa una posizione centrale in tale sfida, poiché dipende da reti di fornitura altamente specializzate e svolge un ruolo determinante nella configurazione di sistemi produttivi ad alta intensità energetica e materiale. In questo scenario, la circolarità rappresenta una traiettoria promettente per conciliare il progresso tecnologico con la sostenibilità ambientale, attraverso strategie quali durabilità, riparabilità, rigenerazione, remanufacturing e riciclo. Tuttavia, rimangono ancora limitate le conoscenze sia sulle caratteristiche distintive di queste innovazioni circolari sia sulle modalità attraverso cui esse vengono sviluppate. In secondo luogo, la letteratura attuale non offre ancora una comprensione chiara degli attori coinvolti e delle configurazioni collaborative mediante cui tali innovazioni prendono forma. Infine, i determinanti spaziali risultano ancora insufficientemente specificati, in particolare il modo in cui le capacità regionali e i contesti istituzionali condizionano l’emergere dell’innovazione circolare in Europa. La presente tesi affronta queste lacune analizzando l’innovazione circolare nell’industria SEM europea da una prospettiva tecnologica, organizzativa e spaziale. In primo luogo, essa indaga se le innovazioni circolari si differenzino da quelle non circolari in termini di grado di disruptiveness e analizza le condizioni delle reti di inventori associate all’emergere di innovazioni circolari di natura più disruptiva. In secondo luogo, esamina quali configurazioni collaborative — inter-firm, intra-firm e multi-attore — risultino maggiormente efficaci nel promuovere l’innovazione circolare. In terzo luogo, analizza in che modo le reti di conoscenza intra-regionali, inter-regionali e transfrontaliere, insieme alle capacità regionali e alle condizioni istituzionali, influenzino l’emergere dell’innovazione circolare nelle regioni europee. Basandosi su evidenze brevettuali relative alle imprese europee del settore SEM, la tesi sviluppa un quadro analitico integrato e multilivello che collega ciò che sono le innovazioni circolari, il modo in cui vengono prodotte e i contesti territoriali in cui emergono. Mettendo in relazione il cambiamento tecnologico di natura dirompente con le strutture collaborative e con le dinamiche regionali della conoscenza, lo studio contribuisce alla letteratura sull’innovazione circolare e sulle transizioni verso la sostenibilità. Più in generale, esso offre indicazioni utili per imprese e decisori politici che intendono accelerare le transizioni circolari, rafforzando al contempo competitività e resilienza in industrie strategicamente rilevanti.