Eletrônica

Além da miniaturização: transistores ganham eficiência com efeitos quânticos

Diminuir a dimensão dos componentes eletrônicos tem sido a rota seguida pela indústria para aumentar a velocidade e a capacidade de armazenamento dos computadores e para construir equipamentos cada vez menores e que consomem cada vez menos energia.

Agora, pesquisadores da Hitachi e da Universidade de Surrey, Inglaterra, trabalhando em conjunto, descobriram que, se esta miniaturização atingir dimensões na faixa dos 3 nanômetros, os componentes eletrônicos terão um gigantesco ganho adicional porque poderão aproveitar os efeitos da mecânica quântica, que rege o comportamento das partículas subatômicas.

Benefícios dos efeitos quânticos sobre os transistores

A experiência demonstrou que os transistores, sejam eles utilizados na construção de telas planas de grandes dimensões ou no desenvolvimento de novos tipos de sensores, terão benefícios enormes desses efeitos quânticos.

Os benefícios, que incluem uma menor fuga de corrente - com menor consumo de energia e menor aquecimento, - abrirão rotas totalmente novas para o avanço dos circuitos eletrônicos, muito além da simples continuação da miniaturização. E permitirão o uso em larga escala de transistores feitos de silício amorfo, no qual os átomos não formam redes cristalinas bem definidas.

Elo perdido da miniaturização

Quando o canal condutor desses transistores é feito com filmes de silício amorfo, medindo menos do que 3 nanômetros de espessura, a corrente que flui através deles passa a ser determinada não pelo movimento dos elétrons na superfície do material, mas por um fenômeno chamado percolação, no qual os elétrons atravessam o material, como se fosse água passando pelo poros de um filtro.

Os cientistas descobriram que isto acontece devido a um forte confinamento quântico a que as partículas ficam sujeitas, induzindo variações de potencial ao longo da região do canal condutor.

Transistores de silício amorfo

"Os transistores de filme fino de silício nanoestruturado são muito promissores para a fabricação de eletrônicos de baixo consumo de energia. Entretanto, o transporte de cargas elétricas nesses componentes é muito complicado, e resulta em características elétricas que não podem ser descritas pelos modelos convencionais dos Transistores de Efeito de Campo (FET)," diz o Dr. Xiaojun Guo, um dos pesquisadores que descobriram os efeitos quânticos nos transistores ultraminiaturizados.

"Este trabalho revela as propriedades físicas chave desses componentes, que irão ajudar a otimizar ainda mais o projeto dos circuitos eletrônicos," conclui ele.

Rumo ao transístor quântico

Novas pesquisas poderão indicar formas de tirar proveito integral dos efeitos quânticos para otimizar os componentes eletrônicos ainda mais. Isto representará uma nova rota de desenvolvimento, muito além da simples miniaturização.

As fábricas mais modernas estão atualmente fabricando transistores com dimensões de 45 nanômetros. Em escala de laboratório já está sendo alcançada a escala dos 25 nanômetros para os processadores e de até 10 nanômetros para as memórias flash.

Para conhecer outra pesquisa relacionada a transistores quânticos, veja Intel cria transistor quântico que consome 10 vezes menos energia.

Bibliografia:

Current percolation in ultrathin channel nanocrystalline silicon transistors
X. Guo, S.R.P. Silva, T. Ishii
Applied Physics Letters
29 July 2008
Vol.: 93 (2008) 042105
DOI: 10.1063/1.2965807




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