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Eletrônica

Nanotransistores de dois terminais avançam Lei de Moore

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/09/2010

Transistores de dois terminais ultraminiaturizados farão memórias 3-D
O nanotransístor de dois terminais liga e desliga com a variação da tensão aplicada aos seus dois terminais, enquanto em um transístor comum esse ligar e desligar é feito através da aplicação e do corte da energia em seu terceiro terminal.
[Imagem: Jun Yao/Rice University]

Nanotransístor

Cientistas da Universidade Rice, nos Estados Unidos, criaram células de memória com apenas dois terminais, uma mudança radical em relação aos transistores usados, por exemplo, nas memórias flash.

Em termos estritos, as células de memória são nanofios - formados por cristais de silício puro - o que deverá permitir a fabricação de dispositivos de armazenamento 3-D ultraminiaturizados.

Como são feitos apenas de óxido de silício, uma das substâncias mais comuns no planeta, os nanotransistores deverão ser facilmente fabricados com as técnicas da nanoeletrônica atual, prometendo estender os limites da miniaturização e da famosa Lei de Moore.

Transístor de dois terminais

No ano passado, a equipe do professor James Tour descobriu um processo capaz de substituir a dopagem na eletrônica usando uma camada superficial de carbono. A dopagem - a mistura de átomos de outros elementos ao silício - é um processo delicado e caro. Na época, eles não conseguiram entender exatamente porque a combinação funcionava tão bem.

Agora os cientistas descobriram que nem mesmo precisam do carbono para fazer um bit de memória confiável, rápido e muito pequeno.

A ideia foi de Jun Yao, membro da equipe de Tour. Ele fez um sanduíche, colocando uma camada de óxido de silício, que é um isolante, entre duas folhas de silício policristalino, que é um semicondutor. As duas pontas do silício policristalino funcionam como os eletrodos superior e inferior do componente.

Quando uma carga é aplicada aos eletrodos, átomos de oxigênio são arrancados do óxido de silício, formando uma cadeia de nanocristais de silício puro, o que cria uma rota de condução elétrica.

Uma vez formada, essa cadeia de nanocristais pode ser "quebrada" e reconectada com a aplicação de um pulso elétrico de tensão diferente - ou seja, o "transístor" liga e desliga com a variação da tensão aplicada aos seus dois terminais, enquanto em um transístor comum esse ligar e desligar é feito através da aplicação e do corte da energia em seu terceiro terminal.

Tecnicamente, o novo componente é uma chave eletrônica, que é uma das principais funções de um transístor. Mas, ao contrário de um transístor propriamente dito, ele não é capaz de amplificar um sinal.

Memória 3-D

Os "nanofios de silício" têm dimensões ao redor dos 5 nanômetros, várias vezes menores do que os transistores usados nos processadores mais avançados - e cerca de metade da dimensão que se acredita ser fisicamente possível de se atingir com um transistor de silício baseado na dopagem tradicional.

A velocidade de chaveamento - o tempo para ligar e desligar o nanotransístor - é muito elevada, ao redor dos 100 nanossegundos.

"A beleza do componente é a sua simplicidade," afirmou Tour. Segundo ele, essa simplicidade será fundamental para a escalabilidade da tecnologia, levando-a à indústria.

As "chaves" de óxido de silício - que funcionam como células de memória, armazenando 0s ou 1s - requerem apenas dois terminais, e não três, como nos transistores comuns porque o processo físico que ocorre no componente não exige que ele mantenha uma carga elétrica constante.

Isso também significa que camadas dessas futuras memórias de óxido de silício poderão ser montadas na forma de matrizes tridimensionais, de grande capacidade.

As memórias de óxido de silício são compatíveis com a tecnologia convencional de fabricação dos transistores, mais um facilitador para que elas saiam do laboratório em direção à indústria.

"Os fabricantes sentem que precisam ir abaixo dos 10 nanômetros. As memórias flash estão se aproximando de uma barreira ao redor dos 20 nanômetros. Mas como podemos superar isso? Bem, a nossa técnica é perfeita para circuitos abaixo dos 10 nanômetros," afirma Tour.

Outra grande vantagem dos transistores de óxido de silício é que eles são resistentes à radiação, o que os torna extremamente atrativos para aplicações aeroespaciais.

"Isto é que é fazer pesquisa"

Jun Yao teve dificuldades em convencer seus colegas de que o óxido de silício sozinho poderia formar um circuito.

"Outros membros do grupo não acreditavam nele", reconhece Tour, acrescentando que ninguém reconhecia o potencial do óxido de silício, ainda que ele seja "o material mais estudado da história da humanidade."

"Foi um momento realmente muito difícil para mim, porque as pessoas não acreditavam nisso," conta Yao.

"Isto é que é fazer pesquisa", se anima Yao. "Se você propõe algo e todos acenam positivamente a cabeça, então provavelmente não é algo tão significativo. Mas se você propõe uma coisa e todo mundo balança negativamente a cabeça, aí você consegue prová-lo, então pode ser algo realmente grande."

A empresa de desenvolvimento de circuitos PrivaTran já está testando um chip com 1.000 células de memória de óxido de silício, construído em colaboração com o laboratório de Tour.

Bibliografia:

Artigo: Resistive Switches and Memories from Silicon Oxide
Autores: Jun Yao, Zhengzong Sun, Lin Zhong, Douglas Natelson, James M. Tour
Revista: Nano Letters
Data: August 31, 2010
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/nl102255r






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