Revolucionando a eletrônica com semicondutores de grafeno

-Desafios científicos

Uma equipe de acadêmicos do Georgia Institute of Technology afirma ter criado o primeiro semicondutor de grafeno do mundo, em perfeito estado de funcionamento. Este é um avanço verdadeiramente significativo porque finalmente está no horizonte algo concreto alternativa ao silício, capaz de superar suas limitações e libertar os fabricantes de chips que, assim, se tornarão capazes de implementar a lei de Moore.

Grafeno epitaxial: o que é e por que o primeiro semicondutor da Georgia Tech é uma verdadeira inovação

Um dos principais problemas enfrentados pelas empresas que lidam com a produção de semicondutores consiste, como se sabe, na extrema miniaturização dos transistores. Isto leva à ocorrência de efeitos indesejados, como a migração indesejada de elétrons através da barreira de isolamento entre o canal elétrico e a porta. O fenômeno envolve perda de corrente, contribuindo para o consumo de energia e superaquecimento do chip (ainda mais exacerbado devido à densidade do transistor).

Além das perdas de corrente, quando os tamanhos dos transistores atingem a escala atômica, os efeitos quânticos tornam-se relevantes, introduzindo variações imprevisíveis no comportamento do dispositivo.

Depois, há os problemas relacionados ao uso de processos de produção cada vez mais complexos e caros, ultrapassando os limites das atuais tecnologias de fabricação. Pense, por exemplo, nos recentes desenvolvimentos na tecnologia de litografia ultravioleta extrema (EUV). O aumento da complexidade pode levar a uma maior probabilidade de defeitos que têm um impacto negativo na rendição na fase de produção.

O uso do grafeno como semicondutor oferece uma alternativa promissora ao silício, pois o material apresenta propriedades verdadeiramente únicas. O avanço descrito pelos acadêmicos da Georgia Tech é decisivo: o grafeno epitaxial provou superar o silício em termos de mobilidade eletrônica, permitindo maior eficiência e velocidade de cálculo.

As propriedades do grafeno epitaxial e seu futuro papel na eletrônica

O professor Walter de Heer, professor de física na Georgia Tech, liderou uma equipe de pesquisadores baseada em Atlanta e Tianjin, na China. O especialista trabalha com grafeno bidimensional desde o início dos anos 2000 e hoje, quase 25 anos depois, os primeiros frutos finalmente começam a ser colhidos.

A equipe foi movida pela aspiração de integrar três atributos notáveis ​​do grafeno em dispositivos eletrônicos, conforme articulado pelo Professor de Heer. O grafeno apresenta resiliência excepcional, permitindo-lhe suportar cargas de corrente substanciais enquanto mantém uma temperatura estável.

Os estudos realizados até o momento sobre o grafeno, no entanto, historicamente colidiram com uma propriedade ausente quando comparados às principais características dos semicondutores tradicionais. Na verdade, acreditava-se que o grafeno não tinha o gap de energia (band gap) correto e não conseguia “ligar” e “desligar” corretamente. A equipe de pesquisa liderada por de Heer e seu colega Lei Ma trabalhou por 10 anos para aperfeiçoar o grafeno em wafer de carboneto de silício usando fornos especiais. Assim nasceu o grafeno epitaxial ligado ao carboneto de silício.

Mobilidade de elétrons 10 vezes maior que a do silício

Testes mostram que este material tem uma mobilidade dez vezes maior que o silício. Em outras palavras, os elétrons se movem com uma resistência muito baixa, o que, na eletrônica, se traduz em cálculos mais rápidos.

Na verdade, um aspecto digno de nota da pesquisa da Georgia Tech é o seu grafeno epitaxial ligado a carboneto de silício, que apresenta desempenho excepcional em comparação com todos os outros semicondutores bidimensionais emergentes. Na verdade, o Professor de Heer comparou o recente avanço alcançado pela sua equipa ao feito pioneiro da aviação realizado pelos irmãos Wright-uma realização importante no domínio dos avanços aeronáuticos.

A produção de grafeno epitaxial é compatível com métodos convencionais de processamento usados ​​na área de microeletrônica. Além disso, poderia ser fundamental para avanços futuros na computação quântica.

Os recursos visuais apresentados nesta peça foram derivados de uma publicação do Georgia Institute of Technology, intitulada “Pesquisadores desenvolvem o primeiro semicondutor totalmente funcional usando grafeno”.

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de Heer disse, Pesquisadores criam primeiro semicondutor funcional feito de grafeno,