Titanato de estrôncio poderá substituir dióxido de silício

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/02/2004

Quanto menores os transistores, mais rapidamente eles podem operar. Como resultado, processadores também mais e mais rápidos podem ser construídos. A função de um transistor exige a presença de uma finíssima camada isolante, chamada "gate oxide" (óxido de porta), que separa o coletor e o emissor. No processo de crescente miniaturização, dentro de poucos anos, a espessura dessa camada atingirá apenas alguns nanômetros.

O problema é que, a se continuar utilizando o dióxido de silício como "gate oxide", a continuidade da miniaturização dos transistores - e, portanto, a fabricação de chips ainda mais rápidos - não será mais possível dentro de apenas alguns anos. O gargalo está em que, se o dióxido de silício alcançar uma espessura de apenas algumas camadas de átomos, ele perde sua propriedade isolante. Desta forma, ocorre uma espécie de curto-circuito no interior do transistor.

Cientistas ao redor de todo o mundo têm posto seus cérebros para funcionar por anos a fio em cima do problema de prover miniaturizações adicional dos transistores. Embora a solução pareça simples, sua realização não é nada menos do que formidável: um novo material deverá ser descoberto.

O material necessário para cumprir essa função deverá permitir a aplicação de uma camada que seja mais fina do que a que é possível com o dióxido de silício e ainda assim funcione como isolante, mas que, em todos os demais casos, comporte-se como se fosse uma camada ultra-fina de dióxido de silício.

O titanato de estrôncio até aqui provou ser o mais promissor candidato para essa finalidade. Entretanto, somente a "receita" é previamente conhecida, mas não o efeito combinado dos ingredientes quando misturados. Esse hiato de conhecimento era uma barreira para um desenvolvimento que pudesse atingir o objetivo proposto, que é a criação de transitores menores e mais eficientes.

Agora, uma equipe de pesquisadores das Universidades Technische de Clausthal e Viena (Áustria), conseguiram pela primeira vez determinar precisamente esses efeitos combinados. Por meio de simulações de computador, eles puderam explicar o processo de formação da camada de óxido e, desta forma, estabelecer como suas propriedades elétricas podem ser controladas.

Os resultados foram alcançados por Clemens J. Först, Karlheinz Schwarz - ambos da TU Vienna -, juntamente com Christopher R. Ashman e Peter E. Blöchl - da TU Clausthal, e os resultados estão publicados na edição de Janeiro da revista Nature (Nature 427, 53 (2004). No artigo "The interface between silicon and a high -k oxide", eles explicam como o titanato de estrôncio pode, átomo por átomo, ser aplicado a uma camada de silício.

As superfícies dos sólidos apresentam uma característica atômica e um padrão eletrônico que são ditados pelo arranjo de seus átomos. O padrão de cargas elétrica da camada de óxido, que pode ser comparada com o padrão de encaixe de blocos Lego, combina o padrão da superfície saturada do silício com o estrôncio.

Segundo os pesquisadores, as conclusões quanto às propriedades elétricas também são promissoras. O óxido age como uma barreira para os elétrons, podendo desta forma ser comparado com uma represa retendo a água: quanto mais alta a barreira, melhores serão suas propriedades isolantes.

Pela primeira vez, os cientistas demonstraram que a altura da barreira pode ser aumentada por processos químicos na área de contato. As propriedades do "gate oxide" pode ser então adaptadas para satisfazer exigências técnicas específicas.