Dopagem com luz aumenta desempenho de transistores em 63 vezes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/07/2026

"Lentes" de poliestireno guiam a luz para produzir focos capazes de mirar e arrancar átomos individuais.
[Imagem: Junil Kim et al. - 10.1002/smll.202514203]

Dopagem óptica

Os materiais semicondutores que formam os transistores e demais componentes eletrônicos só alcançaram a funcionalidade e o desempenho apresentados hoje graças a um mecanismo chamado dopagem, que consiste na adição ao silício de minúsculas quantidades de outros elementos para ajustar as propriedades dos componentes eletrônicos para as especificações de cada aplicação.

Mas a dopagem tradicional não funciona bem conforme migramos para os materiais bidimensionais (monoatômicos, ou materiais de van der Waals), como grafeno, molibdenita, perovskita e tantos outros.

Isto porque os métodos convencionais de inserção de "defeitos" para ajustar as propriedades dos semicondutores usam tratamento térmico em altas temperaturas, processos de plasma ou irradiação por feixe de elétrons. Só que esses métodos causam danos nos muito mais sensíveis materiais bidimensionais (2D).

Para esses casos, acaba de ser desenvolvida a dopagem óptica, uma técnica que usa a luz para ajustar as propriedades dos componentes 2D de uma maneira mais simples, mais eficaz e, sobretudo, mais suave, não danificando as camadas monoatômicas dos novos materiais. A técnica foi desenvolvida por Junil Kim e colegas do Instituto de Ciência e Tecnologia de Daegu Gyeongbuk (DGIST), na Coreia do Sul.

Esta inovação deverá contribuir significativamente para o desenvolvimento de semicondutores ultracompactos e de alta densidade de próxima geração, viabilizando a implementação de dispositivos CMOS baseados em semicondutores 2D. Mas o método é poderoso o suficiente para ser usado também em novos componentes semicondutores 3D.

Precisão atômica: É possível arrancar átomos individualmente
[Imagem: Junil Kim et al. - 10.1002/smll.202514203]

Transístor 63 vezes melhor

A nova tecnologia de dopagem óptica controla com precisão as propriedades elétricas dos semicondutores bidimensionais usando luz. Para isso, micropartículas de poliestireno transparentes são usadas como pequenas lentes para focalizar um laser de onda contínua até um nível abaixo do limite de difração.

Essa precisão inusitada permite atingir e arrancar átomos individuais nas camadas do semicondutor 2D. A demonstração da técnica incluiu a formação de vacâncias de enxofre seletivamente em monocamadas de molibdenita (dissulfeto de molibdênio, ou MoS₂).

Uma vacância de enxofre - a ausência de um átomo de enxofre em um local que ele normalmente ocuparia na rede cristalina - é um "defeito" que altera as propriedades elétricas dos semicondutores de MoS₂, por exemplo permitindo a criação dos necessários componentes dos tipos positivo e negativo. Além de um controle preciso da localização do defeito, a técnica usa energias mais baixas do que as necessárias para a irradiação direta convencional com laser, que pode danificar a camada monoatômica.

Se isto já não fosse o bastante, a dopagem óptica produziu transistores muito mais eficientes do que aqueles feitos pelas técnicas convencionais: Os transistores monocamada de molibdenita dopados opticamente apresentaram um aumento de até 63 vezes na corrente, uma melhoria de 51 vezes na mobilidade do efeito de campo e um aumento de 37 vezes na densidade de carga, em comparação com os transistores de molibdenita fabricados com as técnicas tradicionais de dopagem.

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