Nova técnica de miniaturização pode levar microchips a escalas subnanométricas

Pesquisadores MIT e da Universidade da Califórnia, ambos dos EUA, e da TSMC, de Taiwan, descobriram um novo modo para criar conexões elétricas, fator essencial para miniaturização de componentes que fazem parte dos chips de computador.

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Eles utilizaram materiais atomicamente finos para substituir o silício durante o processo de fabricação de novos transistores. A solução encontrada pelos cientistas inclui o uso de um semimetal, o bismuto, no lugar de metais comuns para conectar todo o material.

“Resolvemos um dos maiores problemas na miniaturização de dispositivos semicondutores, a resistência de contato entre um eletrodo de metal e um material semicondutor de monocamada”, diz um dos responsáveis pelo estudo, Cong Su.

Miniaturização limitada?

Em 1965 o então presidente da Intel, Gordon Earle Moore, profetizou que a quantidade de transistores que poderiam ser colocados em uma mesma área dobraria a cada 18 meses, mesmo que os custos de fabricação fossem mantidos. Mas essa regra tem esbarrado nos limites físicos e tecnológicos dos processos de miniaturização atuais.

“O rápido ritmo de miniaturização dos transistores estagnou por volta do ano 2000, até que um novo desenvolvimento que permitia uma arquitetura tridimensional de dispositivos semicondutores em um chip quebrou o impasse em 2007 e o progresso foi retomado. Mas agora podemos estar à beira de outro gargalo”, explica o professor Yuxuan Lin.

Agora, com a nova abordagem proposta pelos pesquisadores, materiais ultrafinos como o dissulfeto de molibdênio podem contornar esses limites de miniaturização de componentes eletrônicos, deixando para trás as barreiras impostas pelo silício.

A solução

A interação entre metais e materiais semicondutores produz um fenômeno chamado de gap induzido por metal ou barreira de Schottky, capaz de interromper o fluxo de carga elétrica. Ao usar um semimetal com propriedades eletrônicas situadas entre metais e semicondutores, os pesquisadores conseguiram um alinhamento adequado de energia, eliminando a interrupção do fluxo de eletricidade.

Esses materiais ultrafinos e bidimensionais têm apenas um ou alguns átomos de espessura e isso reduz drasticamente o que os cientistas chamam de comprimento do canal. Valores que atualmente giram em torno de cinco a dez nanômetros nos chips de última geração, poderiam atingir uma escala subnanométrica com a utilização da nova tecnologia de miniaturização.

Para viabilizar a produção dos microchips da próxima geração, os pesquisadores também analisam outros materiais que pertencem à família de compostos conhecidos como dicalcogenetos de metais. Esses materiais podem apresentar propriedades semelhantes ao dissulfeto de molibdênio, usado com sucesso durante os testes.

Encontrar uma forma de integrar a nova tecnologia a processos de fabricação em grande escala ainda deve demorar, mas o conceito dessa descoberta é um avanço real para a miniaturização de componentes e para a manutenção da Lei de Moore, pelo menos durante os próximos anos.

Fonte: MIT