Redação do Site Inovação Tecnológica – 12/03/2025
[Imagem: Peking University/Hailin PENG Group]
Eletrônica pós-silício
Os materiais semicondutores estão na base de toda a eletrônica moderna, a matéria-prima com a qual são fabricados componentes como transistores, diodos e circuitos integrados. Graças à sua condutividade elétrica intermediária, entre os condutores, como os metais, e os isolantes, os semicondutores possuem características únicas que os tornam ideais para controlar o fluxo de corrente elétrica, permitindo criar os bits dos computadores e de tudo o mais.
Mas talvez já estejamos prontos para começar deixar para trás o semicondutor mais famoso, o silício, e criar uma nova geração de eletrônicos melhores, menores e mais rápidos – e fazer isto desenvolvendo novos semicondutores à base de metais.
É o que acabam de demonstrar Junchuan Tang e colegas da Universidade de Pequim, na China, que usaram o metal bismuto para criar um transístor com um desempenho sem precedentes, dando um passo concreto rumo à era pós-silício.
Usando nanocamadas monoatômicas de bismuto e selênio – essas camadas se tornam semicondutoras -, a equipe criou transistores 40% mais rápidos do que os transistores de silício mais modernos, fabricados com tecnologia de 3 nanômetros por empresas como Intel e TSMC. Além disso, os componentes à base de bismuto consomem 10% menos energia do que seus concorrentes.
“O desempenho e a eficiência energética deste transístor excedem os limites físicos dos transistores tradicionais à base de silício e é o transístor mais rápido e de consumo de energia mais baixo do mundo até o momento. Este trabalho original rompe o gargalo da síntese precisa de novos materiais bidimensionais e da integração heterogênea tridimensional de novos materiais com chips de baixa potência e alta velocidade na era pós-Moore, trazendo novas oportunidades para o desenvolvimento de tecnologias avançadas de chips no futuro,” garante a equipe.
Até agora, a opinião geral era de que a superação da Lei de Moore só viria com a computação inspirada no cérebro.
[Imagem: Junchuan Tang et al. – 10.1038/s41563-025-02117-w]
Eletrônica 2D
Há muito tempo a indústria se debate com as dificuldades de prosseguir com o ritmo da miniaturização dos transistores de silício, que ficam cada vez mais difíceis de serem fabricados conforme se aproximam da escala atômica, além de apresentarem problemas sérios de consumo.
Isso fez aumentar o interesse nos materiais bidimensionais, mas até agora os líderes nessa vertente continuavam sendo alguns semicondutores mais tradicionais ou estrelas emergentes, como os chamados materiais de van der Waals, como a molibdenita, os dicalcogenetos de metais de transição ou mesmo o grafeno.
A equipe chinesa inovou em duas frentes. Primeiro, eles trabalharam com uma mistura heterogênea à base de bismuto (metal) e selênio (um não-metal) (Bi2O2Se/Bi2SeO5). Segundo, eles criaram uma estrutura de transístor totalmente diferente dos tradicionais transistores 3D FinFET, que vêm dominando a indústria há mais de uma década.
Batizada de GAAFET, sigla em inglês para “transístor de efeito de campo de porta total”, a nova estrutura elimina a necessidade da “aleta” característica do projeto 3D dos FinFETs, aumentando a área de contato entre a porta e o canal. Um canal bidimensional de Bi2O2Se é completamente cercado por um cristal único de Bi2SeO5, formando uma estrutura heterogênea de grade totalmente cíclica de alta qualidade, com uma interface plana ultrafina de nível atômico, com espessura total na faixa de 1,2 nanômetro.
“[Nossos transistores 2D] têm trincheira atômica e espessura da camada de óxido de porta uniformes, baixa densidade de defeitos na interface, alta mobilidade eletrônica, alta taxa de comutação de corrente, oscilação de limite quase termodinâmico, melhor controle de canal e desempenho estático,” afirma a equipe.
[Imagem: Junchuan Tang et al. – 10.1038/s41563-025-02117-w]
