Molibdenita supera silício e grafeno na eletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/02/2011

Este modelo digital mostra como a molibdenita pode ser integrada para formar um transístor.
[Imagem: EPFL]

Sucessor do silício?

Seu nome é molibdenita e pouca gente na indústria eletrônica já havia prestado atenção nesse mineral barato e bastante abundante.

Agora, cientistas da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, descobriram que a molibdenita não apenas é um material semicondutor como também supera o silício por um estonteante fator de 100.000.

E, segundo eles, talvez seja melhor rever as apostas no grafeno como sucessor do silício: a molibdenita supera também a sensação da nanotecnologia no momento.

Molibdenita

Quimicamente, a molibdenita é um dissulfeto de molibdênio, criada pela união de dois átomos de enxofre e um de molibdênio - seu símbolo químico é MoS₂.

Abundante na natureza, este mineral tem sido usado em ligas de aço e como aditivo em lubrificantes. Isso porque suas características físicas e seu comportamento é muito similar ao do grafite, formado por folhas sobrepostas que se soltam facilmente.

Tanto que a "técnica" usada pelos cientistas para coletar sua folha monocamada de molibdenita foi a mesma que os ganhadores do Prêmio Nobel de Física usaram para coletar o grafeno: um pedaço de fita adesiva é pressionada sobre o cristal bruto do mineral e pronto - lá está o seu novo material revolucionário.

O grafeno tem sido estudado para inúmeras aplicações desde a sua descoberta, e os transistores de grafeno estão entre os mais rápidos do mundo - veja, por exemplo, Transístor de grafeno bate recorde mundial de velocidade.

Mas a molibdenita nunca havia sido estudada em detalhes com vistas a aplicações em eletrônica.

100.000 vezes melhor do que o silício

"[A molibdenita] é um material bidimensional, muito fino e fácil de usar em nanotecnologia. Ele tem potencial real para a fabricação de transistores muito pequenos, diodos emissores de luz (LEDs) e células solares," afirmou Andras Kis, um dos autores da descoberta.

O grupo comparou as vantagens desse "material redescoberto" com o silício, o material padrão da eletrônica, e com o promissor grafeno.

Uma das vantagens da molibdenita é que ela é menos volumosa do que o silício: "Em uma folha com 0,65 nanômetro de espessura de MoS2, os elétrons podem se mover tão facilmente quanto em uma folha de silício de 2 nanômetros de espessura," explica Kis.

Segundo ele, atualmente não é possível fabricar uma folha de silício tão fina quanto uma monocamada de MoS2.

Outra vantagem da molibdenita é que ela pode ser usada para fabricar transistores que consomem 100.000 vezes menos energia do que os transistores atuais de silício - um cálculo feito quando os dois estão energizados, mas em estado de espera.

Este é um cristal de molibdenita, onde se pode observar sua estrutura em forma de camadas sobrepostas e facilmente destacáveis.
[Imagem: Karelj/Wikipedia]

Melhor do que o grafeno

Finalmente, a chamada bandgap - a diferença de energia entre os elétrons da camada de condução e da camada de valência - da molibdenita é de meros 1,8 elétron-volt, o que a torna ideal para uso em transistores.

Esse hiato entre as camadas, ou bandas, é uma forma que os físicos usam para representar a energia dos elétrons em um determinado material. Os semicondutores possuem espaços "vazios", sem elétrons, entre essas bandas - estes são os chamados hiatos de banda, ou bandgaps.

A largura desse hiato é crítica para o desempenho de um material semicondutor porque, se ela não for nem muito estreita e nem muito larga, alguns elétrons podem saltar sobre ela.

Isso dá um grande nível de controle sobre o comportamento elétrico do material, que pode ser ligado e desligado mais fácil e mais rapidamente. Esse ligar e desligar resulta na chamada velocidade de chaveamento do transístor - quanto mais veloz, mais rápidos serão os chips construídos com eles.

E é aí que a molibdenita supera o grafeno.

Apesar de ter propriedades suficientes para ser considerado pela maioria dos cientistas como o material eletrônico do futuro, o grafeno não possui uma "bandgap", sendo necessário usar alguns truques para fazê-lo operar em níveis interessantes para a eletrônica - veja Semicondutor ajustável abre novas fronteiras na eletrônica.

Transístor de molibdenita

O transístor de molibdenita construído pelos pesquisadores nasceu quando a fita adesiva que coletou o novo material foi pressionada sobre uma pastilha de silício dopada com uma camada de 270 nanômetros de SiO2.

O nanotransístor também utiliza uma camada de 30 nanômetros de óxido de háfnio, um material de elevada constante dielétrica (high-k) que tem-se tornado o "ingrediente milagroso" dos transistores mais modernos.

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