E se pararmos de fabricar transistores de silício?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/06/2025

Estrutura e micrografia do transístor de porta circundante.
[Imagem: University of Tokyo]

Prontos para abandonar o silício?

Considerado uma das maiores invenções do século XX, o transístor é o componente fundamental da eletrônica e da computação, graças à sua capacidade de amplificar ou ligar e desligar sinais elétricos.

Contudo, à medida que os eletrônicos se tornam menores e há uma demanda por uma velocidade crescente, fica cada vez mais difícil continuar miniaturizando os transistores fabricados à base do semicondutor silício.

Temos rompido todos os limites da microeletrônica, mas a dificuldades crescentes da miniaturização fazem com que os especialistas sempre acenem com o fim da Lei de Moore.

Anlan Chen e colegas da Universidade de Tóquio, no Japão, estão propondo uma solução para que a eletrônica não chegue a um ponto crítico que iniba seus progressos futuros.

A equipe abandonou o silício e, em vez disso, optou por criar um transístor com um outro material semicondutor, um óxido de índio dopado com gálio (InGaOx). Esse material pode ser estruturado na forma de um óxido cristalino, cuja estrutura atômica ordenada é adequada para a mobilidade dos elétrons.

Mas a equipe foi além, e adotou uma nova arquitetura para seu transístor, conhecida como transístor com porta circundante, ou GAA, na sigla em inglês (gate-all-around).

"Nós também queríamos que nosso transístor de óxido cristalino apresentasse uma estrutura de 'porta circundante' na qual a porta, que liga ou desliga a corrente, circunda o canal por onde ela flui," explicou Chen. "Ao envolver a porta inteiramente ao redor do canal, podemos aumentar a eficiência e a escalabilidade em comparação com as portas tradicionais."

Novo material e nova arquitetura

O segredo para essa inovação, como sempre no campo dos semicondutores, estava na dopagem, que é o processo de adicionar pequenas quantidades de um elemento a outro. Neste caso, a equipe adicionou o metal gálio ao óxido de índio, o que tornou o material mais amigável à eletricidade.

"O óxido de índio contém defeitos de vacância de oxigênio, que facilitam o espalhamento de portadoras e, portanto, reduzem a estabilidade do dispositivo," explicou o professor Masaharu Kobayashi. "Dopamos o óxido de índio com gálio para suprimir vacâncias de oxigênio e, por sua vez, melhorar a confiabilidade do transístor."

A equipe utilizou a técnica de deposição de camadas atômicas para revestir a região do canal de um transístor de porta total com uma fina película de InGaOx, uma camada atômica por vez. Após a deposição, a película foi aquecida até assumir uma estrutura cristalina adequada para a mobilidade dos elétrons. Esse processo, por fim, permitiu a fabricação de um "transístor de efeito de campo baseado em óxido metálico" (MOSFET) de porta total.

"Nosso MOSFET GAA, contendo uma camada de óxido de índio dopado com gálio, atinge uma alta mobilidade de 44,5 cm²/Vs," detalhou Chen. "Crucialmente, o dispositivo demonstra confiabilidade promissora, operando de forma estável sob estresse aplicado por quase três horas. De fato, nosso MOSFET superou dispositivos semelhantes já relatados."

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