Revolução na Física dos semicondutores

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/06/2003

Um grupo de pesquisadores de três Universidades dos Estados Unidos divulgaram na revista Science do último dia 13 de Junho os resultados de uma pesquisa que poderá revolucionar a indústria mundial de semicondutores. Os cientistas descobriram como eliminar uma das maiores barreiras ao aumento da eficiência dos transistores, elementos básicos dos microprocessadores, o que permitirá a continuidade do processo de diminuição do tamanho dos circuitos eletrônicos.

Os transistores são como os tijotos com os quais se constroem os microprocessadores, também conhecidos como "chips". Os transistores funcionam como minúsculas chaves, ligando e desligando a passagem de energia, permitindo a montagem das operações lógicas nas quais se baseia o funcionamento dos computadores. Eles são construídos a partir de metais, óxidos e silício. Estas minúsculas chaves barram ou permitem a passagem dos elétrons por meio de uma camada de interface entre o óxido e silício de que são construídos, camada esta que funciona em nível atômico. Uma pequena diferença nas cargas carreadas por meio dessa camada de interface, chamada de camada de depleção, pode fazer a diferença entre o funcionamento ou a queima de todo o microprocessador.

Até agora, a multibilionária indústria dos semicondutores funciona bem, aceitando as deficiências que essa camada tão importante possui. Mas pesquisadores das Universidades da Carolina do Norte e do Tennessee e do Laboratório Oak Ridge descobriram um meio de ajustar a zona entre os dois tipos de elementos em nível atômico, alterando para sempre a física dos semicondutores.

Segundo o Dr. Rodney McKee, dos Laboratórios Oak Ridge, o conceito unificador permitiu "a reformulação do clássico problema da Barreira Schottky, que irá impactar tudo na tecnologia dos semicondutores, dos diodos laser aos transistores de efeito de campo [utilizados] em lógica de alta velocidade."

O ajuste em nível atômico, descrito no artigo da Science, dá-se no que os pesquisadores chamam de "reservatório de Coulomb" ("Coulomb buffer"). Nesta fronteira entre o silício e o óxido, há uma porção que não é nem silício e nem óxido, apresentando sua própria estrutura híbrida. Os cientistas então, através de simulações em computador, descobriram como distribuir as cargas positivas e negativas nesta interface.

A imagem ilustra o conceito do reservatório de Coulomb, a região entre o óxido (em cima) e o silício (embaixo) dos transistores.

Os sofisticados experimentos conduzidos pelos físicos das três universidades demonstraram que a barreira de Schottky, a borda externa da substância onde os elétrons ficam confinados, até agora considerada como uma limitação inflexível, pode, na verdade, ser manipulada. Segundo outro membro do grupo, Dr. Buongiorno Nardelli, "a altura da barreira não é mais um problema, mas uma oportunidade."

Enquanto os pesquisadores entusiasmam-se ao desmistificar o que já era senso comum na física dos semicondutores, os grandes fabricantes, por seu lado, vêem as oportunidades de, ajustando os dipolos do reservatório de Coulomb para características específicas de seus chips, abrir o caminho para a construção de computadores menores e mais rápidos.