Semicondutores bidimensionais encontram parceiro perfeito para processadores do futuro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/08/2019

Esquema do novo transístor: o isolante em vermelho e azul, e o semicondutor acima.
[Imagem: Illarionov et al. - 10.1038/s41928-019-0256-8]

Transístor verdadeiramente 2D

Embora a miniaturização continue a todo vapor e a Lei de Moore pareça estar salva, uma nova geração de transistores está sempre na agenda da indústria eletrônica.

Os candidatos naturais para essa geração são os materiais bidimensionais, como o grafeno e a molibdenita, com recorrentes demonstrações de transistores menores e mais rápidos.

"Mas isso não é suficiente para construir um transístor extremamente pequeno," esclarece o professor Tibor Grasser, da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria. "Além do semicondutor ultrafino, também precisamos de um isolante ultrafino."

Isso se deve à estrutura fundamental de um transístor: a corrente pode fluir de um lado do transístor para o outro, mas somente se uma tensão for aplicada no meio, criando um campo elétrico. O eletrodo que fornece este campo deve ser eletricamente isolado do próprio semicondutor.

Os protótipos de transistores bidimensionais feitos até agora vinham utilizando os isolantes normais, feitos para os semicondutores grossos da atual geração da microeletrônica - isto é, o transístor continua muito mais grosso do que poderia potencialmente ser.

Este é o protótipo visto ao microscópio eletrônico.
[Imagem: Illarionov et al. - 10.1038/s41928-019-0256-8]

Isolante bidimensional

Para tirar proveito total desses novos materiais, a equipe do professor Grasser acaba de sintetizar um novo isolante feito de fluoreto de cálcio (CaF2), ou fluorita, um material mais comumente usado em óptica.

O material tem apenas 2 nanômetros de espessura, o que permitiu fabricar um transístor de molibdenita - um semicondutor bidimensional - extremamente fino e com excelente desempenho porque os dois materiais fazem uma interface quase perfeita.

As propriedades eletrônicas resultantes são melhores porque os cristais iônicos podem ter uma superfície perfeitamente regular, sem um único átomo saindo da superfície, o que poderia perturbar o campo elétrico. "Os materiais convencionais têm ligações covalentes na terceira dimensão - átomos que se acoplam aos materiais vizinhos acima e abaixo," explicou Grasser. "Este não é o caso em materiais 2D e cristais iônicos, e assim eles não interferem nas propriedades elétricas do semicondutor."

A seguir a equipe pretende descobrir quais combinações de isolantes e semicondutores funcionam melhor. Pode levar mais alguns anos até que a tecnologia possa ser usada nos processadores de computador, uma vez que os processos de fabricação das camadas de material bidimensional ainda precisam ser melhorados e se adequarem às exigências da produção industrial.

Bibliografia:

Artigo: Ultrathin calcium fluoride insulators for two-dimensional field-effect transistors
Autores: Yury Yu Illarionov, Alexander G. Banshchikov, Dmitry K. Polyushkin, Stefan Wachter, Theresia Knobloch, Mischa Thesberg, Lukas Mennel, Matthias Paur, Michael Stöger-Pollach, Andreas Steiger-Thirsfeld, Mikhail I. Vexler, Michael Waltl, Nikolai S. Sokolov, Thomas Mueller, Tibor Grasser
Revista: Nature Electronics
Vol.: 2, pages 230-235
DOI: 10.1038/s41928-019-0256-8

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