Transistor com espessura atômica promete revolucionar os eletrônicos flexíveis

Cientistas da Universidade Stanford, nos EUA, desenvolveram uma nova técnica que permite a fabricação mais eficiente de transistores flexíveis de espessura atômica, com menos de 100 nanômetros de comprimento e um alto nível de desempenho energético.

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Esse avanço na miniaturização de componentes eletrônicos é um passo importante para a criação dos chamados dispositivos "flextronics", ou flextrônicos em uma tradução livre. Essa tecnologia possibilita a fabricação de circuitos de computador dobráveis que conservam a eficiência energética e podem ser implantados no corpo humano ou utilizados na Internet das Coisas (IoT).

“Essa redução de escala tem vários benefícios. Você pode colocar mais transistores em um determinado espaço físico e também ter correntes mais altas com voltagem mais baixa, além de alta velocidade com menos consumo de energia", explica o pós-doutorando em engenharia elétrica, Alwin Daus, autor principal do estudo.

Espessura atômica

Para miniaturizar os dispositivos até que fiquem extremamente finos é preciso utilizar uma quantidade muito grande de calor. Substratos flexíveis como semicondutores bidimensionais (2D) não suportam temperaturas muito elevadas e derretem facilmente durante os processos de produção.

A equipe de Stanford conseguiu contornar esse problema ao usar um substrato básico não flexível. Eles criaram um filme de dissulfeto de molibdênio (MoS2) atomicamente fino coberto com pequenos eletrodos de ouro sobre uma placa sólida de silício revestida com vidro. Como essa etapa é feita no substrato de silício comum, o transistor pode ser produzido com técnicas já existentes e alcançar um tamanho impossível para os substratos de plástico.

Essa técnica de estratificação faz com as camadas do dissulfeto de molibdênio cresçam separadamente, com películas de apenas três átomos de espessura e que precisam de uma temperatura aproximada de 850ºC para funcionar corretamente. Se o substrato fosse de plástico, ele derreteria quando o termômetro atingisse 360ºC.

Ao produzir as peças mais críticas no substrato de silício sólido e permitir que esfriem utilizando um banho em água deionizada, os cientistas conseguem aplicar todo o material sem causar danos estruturais durante a transferência do transistor para o plástico totalmente fino e flexível.

“Embora circuitos inteiros possam ser construídos e depois transferidos para o material flexível, certas complicações com as camadas subsequentes tornam essas etapas adicionais mais fáceis após essa transferência”, afirma o professor de engenharia elétrica Eric Pop, coautor do estudo.

Aplicações

Entre os possíveis usos dessa nova tecnologia estão a fabricação de equipamentos vestíveis mais eficientes e a criação de dispositivos médicos que podem ser usados para inúmeras tarefas na área da saúde, como marcapassos inteligentes, menores e que funcionem sem a necessidade de uma bateria.

Em sistemas desenvolvidos para a Internet das Coisas, os transistores ultrafinos poderiam ser integrados a componentes eletrônicos flexíveis, aumentando a possibilidade de implantação em etiquetas de dados ou em dispositivos menores que precisam de maior eficiência energética.

"Isso é muito mais do que uma nova e promissora técnica de produção. Alcançamos flexibilidade, densidade, alto desempenho e baixo consumo de energia, tudo ao mesmo tempo. Por isso, esperamos que este trabalho mova a tecnologia para o próximo nível”, termina o professor Pop.

Fonte: Stanford University