IBM e Samsung anunciam transistores verticais de nanofolhas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/12/2021

A tecnologia de nanofolhas permite empilhar os transistores em camadas ultrafinas.
[Imagem: Huiming Bu/Veeraraghavan Basker/IBM]

Transistores de nanofolhas

Pesquisadores da IBM e da Samsung anunciaram progressos na construção de transistores verticais baseados em "nanofolhas", materiais semicondutores com espessura atômica.

O anúncio foi feito pelo professor Kai Zhao, da IBM, durante o maior evento anual da indústria de semicondutores, que neste ano focou nas novas tecnologias de micro e nano-fabricação de transistores.

Já existem tecnologias de transistores 3D e até transistores 4D, mas o professor Zhao vem trabalhando há alguns anos em uma abordagem mais simples e menos radical: empilhar um chip em cima de outro.

A novidade agora é que eles já estão conseguindo produzir os semicondutores tradicionais - foram usados germânio e silício - na forma de folhas com poucas camadas atômicas de espessura, por isso chamadas de "nanofolhas".

Zhao e seus colegas das duas empresas partiram de uma tecnologia de transistores bastante recente, conhecida como FinFET - fin é barbatana em inglês, enquanto FET é a sigla no mesmo idioma para transístor de efeito de campo.

A "barbatana", ou aleta, é uma fina estrutura de silício que se projeta para cima, e não para a lateral, como no projeto tradicional dos transistores, que são basicamente componentes planos sobre uma pastilha. Isso permite aumentar muito a densidade de componentes, colocando mais transistores por área.

"A invenção do FINFET e sua introdução na produção em massa estão entre os avanços mais importantes na história recente da tecnologia CMOS. Agora a indústria está em outro momento importante quando, para levar adiante a tendência do [aumento do] escalonamento, a transição dos FINFETs para as nanofolhas torna-se clara e iminente," escreveu Zhao no artigo que guiou sua apresentação.

Microfotografia de transistores FinFET de 5 nanômetros.
[Imagem: IBM]

VTFET

Os novos transistores verticais de nanofolhas foram batizados de VTFET, sigla para transistores de efeito de campo (FET) com transporte vertical (VT).

Segundo Zhao, criar transistores verticais usando nanofolhas de semicondutores permitiu ganhos que podem levar à construção de processadores que sejam duas vezes mais rápidos ou que, mantendo a mesma velocidade da tecnologia atual de FinFET, consumam 85% menos energia.

"No nível de célula padrão, nossa inovação DTCO [Co-Otimização de Design de Tecnologia] de dividir as trilhas de alimentação pode liberar uma trilha de metal para o roteamento do sinal. Implementar duas linhas de circuito para células complexas também aumenta as trilhas disponíveis. No nível de bloco, realizamos o estudo de roteamento e superamos a escassez de pinos de acesso por meio de inovações DTCO, atingindo um dimensionamento de área de 0,55x em comparação com a tecnologia de não-empilhamento," escreveu Zhao.

Embora muito se fale no grafeno e em outros semicondutores mais práticos, como a molibdenita, quando a equipe levou em consideração as limitações e exigências da produção em massa, eles concluíram que, para este próximo passo da miniaturização, os melhores materiais ainda serão os tradicionais semicondutores silício e germânio, bastando apenas fabricá-los em escala atômica.

Esta conclusão não deixa de surpreender, uma vez que a tecnologia de nanofolhas tem potencial para levar a microeletrônica além da escala dos nanômetros, eventualmente chegando a componentes na escala de ângstrons (décimos de nanômetros).