Pesquisadores da Georgia Tech, em Atlanta, anunciaram recentemente a conquista do que estão chamando de primeiro chip semicondutor à base de grafeno totalmente funcional. Este avanço promissor tem o potencial de redefinir o cenário da eletrônica, oferecendo a possibilidade de computadores tradicionais mais rápidos e introduzindo um material inovador para futuros computadores quânticos. Saiba mais no texto a seguir, do Engenharia 360!
O que torna este chip único?
A pesquisa, liderada por Walt de Heer, professor de física na Georgia Tech, concentra-se na utilização de grafeno epitaxial, uma estrutura cristalina de carbono quimicamente ligada ao carbeto de silício (SiC).
O material semicondutor resultante, denominado grafeno epitaxial semicondutor (SEC), ou, alternativamente, epigrafeno, exibi uma mobilidade eletrônica aprimorada em comparação com o silício tradicional. Isso permite que elétrons percorram o material com significativamente menos resistência, resultando em transistores capazes de operar em frequências terahertz, proporcionando velocidades 10 vezes superiores às dos transistores de silício presentes nos chips atuais.
Método de fabricação
De Heer descreve o método como uma versão modificada de uma técnica extremamente simples conhecida há mais de 50 anos. “Quando o carbeto de silício é aquecido a mais de 1000 °C, o silício evapora da superfície, deixando uma superfície rica em carbono que se transforma em grafeno”, explica de Heer.
A saber, esse processo, realizado em um tubo de quartzo de argônio, leva cerca de uma hora. O SEC produzido é essencialmente neutro em carga e, quando exposto ao ar, é espontaneamente dopado por oxigênio, sendo esse doping facilmente removido por aquecimento a cerca de 200 °C em vácuo.
Veja Também: Imagem de Chris Mckenney, Georgia Institute of Technology via Spectrum
Quais as vantagens do grafeno em relação ao silício?
O grafeno, uma única camada de átomos de carbono organizados em uma estrutura hexagonal, está emergindo como um condutor superior ao silício, facilitando um movimento de elétrons mais eficientes no material. Apesar dessas vantagens, tentativas anteriores de integrar o grafeno à eletrônica enfrentaram desafios devido à ausência de uma lacuna de banda, um fator crítico para transistores ligarem e desligarem.
Qual o potencial de aplicação na computação quântica?
Os pesquisadores destacam que semicondutores à base de grafeno podem desempenhar um papel crucial na computação quântica, especialmente quando o grafeno é utilizado em dispositivos em temperaturas muito baixas, onde seus elétrons exibem propriedades quântico-mecânicas semelhantes às observadas na luz.
Quais os principais desafios para a condução da pesquisa?
Embora o avanço seja promissor, de Heer e sua equipe reconhecem a necessidade de mais pesquisas para determinar se os semicondutores à base de grafeno podem superar a tecnologia supercondutora atualmente utilizada em computadores quânticos avançados. Eles não visualizam a incorporação desses semicondutores à base de grafeno com as linhas de silício padrão, buscando, em vez disso, uma mudança de paradigma além do silício, utilizando o carbeto de silício.
Quais as perspectivas para o futuro da tecnologia?
A equipe de Georgia Tech está desenvolvendo métodos, como revestir o SEC com nitreto de boro, para proteger e melhorar sua compatibilidade com métodos convencionais de processamento de semicondutores.
Comparando seu trabalho com os transistores de efeito de campo de grafeno (GFETs) comercialmente disponíveis, de Heer destaca uma diferença crucial: “Os GFETs convencionais não usam grafeno semicondutor, tornando-os inadequados para eletrônicos digitais que exigem um desligamento completo do transistor”. Ele ressalta que o SEC desenvolvido por sua equipe permite um desligamento completo, atendendo aos rigorosos requisitos dos eletrônicos digitais.
Nova era eletrônica
Embora de Heer compare esse avanço ao primeiro voo dos irmãos Wright de 100 metros, ele ressalta que o progresso dependerá da quantidade de trabalho dedicado ao seu desenvolvimento. Esse notável avanço na tecnologia de semicondutores à base de grafeno oferece uma visão promissora para o futuro da eletrônica, potencialmente abrindo portas para uma nova era de dispositivos mais rápidos, eficientes e, quem sabe, revolucionando a computação quântica. O trabalho árduo e a pesquisa contínua agora moldarão o destino desse avanço extraordinário.
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Fonte: IEEE Spectrum.
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