Nanoeletrônica aposta em metais nos transistores



Os transistores ambipolares permitem realizar o sonho dos circuitos eletrônicos reconfiguráveis em tempo de execução. [Imagem: Adaptado de M. De Marchi et al./IEEE IEDM 2012]

Transistores reconfiguráveis

Os circuitos integrados - ou chips, dos quais os processadores de computador são os representantes mais avançados e mais conhecidos - são feitos de componentes chamados transistores, que estão se tornando cada vez menores.

Tipicamente os transistores têm três "pernas", ou eletrodos - um emissor, um coletor e uma base, sendo que a tensão aplicada a um deles controla a corrente elétrica que flui entre os outros dois.

Mais recentemente os cientistas têm tentado fazer transistores de apenas duas pernas, usando nanofios.

Michele de Marchi e seus colegas da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, adotaram o sentido oposto, demonstrando que há muitas vantagens em fabricar transistores com uma maior quantidade de terminais - ainda que seja juntando vários nanofios.

Isso não apenas permite trabalhar com cargas positivas e negativas - explorando uma propriedade conhecida como ambipolaridade - como também executar operações lógicas mais complexas.

Usando eletrodos metálicos no componente semicondutor, o transístor ambipolar torna-se híbrido - não precisando ser ou do tipo N (negativo) ou do tipo P (positivo).

O tipo de carga transportado pelo transístor - elétrons ou lacunas - pode ser selecionado em tempo de execução, abrindo caminho para a criação de chips totalmente reconfiguráveis, que podem se tornar mais eficientes na execução de diferentes tipos de tarefas.


A monocamada à base de tungstênio é similar ao grafeno, mas com vantagens importantes para a eletrônica. [Imagem: Peter Allen/UCSB]


Transístor de tungstênio

Uma equipe das universidades norte-americanas de Santa Bárbara e Notre Dame seguiu a linha de buscar não novas configurações para os semicondutores tradicionais, mas novos materiais para fabricar transistores.

Esse caminho tem sido liderado mais recentemente pela molibdenita, um material barato e que tem-se mostrado superior ao silício em vários quesitos.

Mas Wei Liu e seus colegas, assim como o grupo suíço, estão explorando os efeitos da introdução de metais na composição dos transistores.

Para isso, eles usaram um composto chamado disseleneto de tungstênio (WSe2), o mesmo metal usado nos filamentos das lâmpadas incandescentes.

Esta é a primeira demonstração prática de um transístor de efeito de campo (FET) do tipo N feito com esse tipo de material, que é uma estrutura atômica bidimensional, similar ao grafeno.

Contudo, o WSe2 tem uma grande vantagem em relação ao grafeno: ele possui uma bandgap natural de 1,6 elétron-volt, uma característica essencial para a construção de componentes eletrônicos, e que precisa ser introduzida artificialmente no grafeno por meio da introdução de outros elementos.

Os dois estudos mostram como a nanoeletrônica está tentando avançar para superar o fim da linha da miniaturização da qual os transistores tradicionais de silício dopado estão se aproximando.

Qual abordagem vencerá será tanto uma questão da eficiência obtida por cada componente, quanto da facilidade de transformar os experimentos de laboratório em processos industriais.


Bibliografia:
Controlling the Polarity of Silicon Nanowire Transistors
Thomas Ernst
Science
Vol.: 340 no. 6139 pp. 1414-1415
DOI: 10.1126/science.1238630

Role of Metal Contacts in Designing High-Performance Monolayer n-Type WSe2 Field Effect Transistors
Wei Liu, Jiahao Kang, Deblina Sarkar, Yasin Khatami, Debdeep Jena, Kaustav Banerjee
Nano Letters
Vol.: 13 (5), pp 1983-1990
DOI: 10.1021/nl304777e
Inovação Tecnológica