Os cientistas criaram o primeiro semicondutor funcional a partir do grafeno – ele tem potencial para substituir o silício

Cientistas do Instituto de Tecnologia da Geórgia afirmam ter criado “o primeiro semicondutor funcional do mundo feito de grafeno”. O grafeno epitaxial que eles criaram é compatível com os métodos tradicionais de fabricação de microeletrônica, tornando-o uma alternativa viável ao silício.

Fonte da imagem: Georgia Tech

Os especialistas em tecnologia apontam continuamente a necessidade de manter a capacidade de usar a Lei de Moore na fabricação de eletrônicos. No entanto, um dos principais desafios enfrentados por aqueles que impulsionam a indústria de semicondutores é que as propriedades físicas do silício estão a aproximar-se dos seus limites. Por outro lado, o grafeno tem sido constantemente elogiado desde a sua descoberta em 2004 como um material milagroso que resolverá todos os problemas associados à produção de semicondutores no futuro. No entanto, as tentativas de utilizá-lo ainda não resultaram em nenhum avanço tecnológico significativo ou generalizado. No entanto, pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia parecem ter realmente dado um passo significativo nesta questão, combinando grafeno epitaxial purificado com carboneto de silício em um semicondutor.

A pesquisa está sendo conduzida por um grupo de cientistas dos Estados Unidos e da China, liderado por Walter de Heer, professor de física do Instituto de Tecnologia da Geórgia. De Heer trabalha em tecnologias de grafeno 2D desde o início dos anos 2000.

«Fomos motivados pela esperança de introduzir três propriedades especiais do grafeno na eletrônica. Trata-se de um material extremamente durável, que suporta correntes muito elevadas sem aquecer ou colapsar”, comenta o cientista.

No entanto, apesar dessas três propriedades, uma característica chave dos semicondutores estava faltando nos materiais à base de grafeno até agora. “Um problema antigo na eletrônica do grafeno é que o grafeno não tem o bandgap correto e não pode ligar e desligar, ou seja, mudar de um estado para outro, na proporção correta”, diz Dr. Lei Ma, especialista em nanopartículas e nanossistemas. Ma, colega de de Heer no Centro Internacional da Universidade de Tianjin, que também é coautor do artigo “Grafeno epitaxial semicondutor de ultra-alta mobilidade em carboneto de silício”, publicado na revista Nature.

Os pesquisadores explicam que encontraram uma maneira de cultivar grafeno em pastilhas de carboneto de silício usando fornos especiais, resultando em grafeno epitaxial combinado com carboneto de silício. De acordo com o blog oficial da Georgia Tech, o material levou uma década para ser aperfeiçoado. Seus testes atuais mostram que o material semicondutor à base de grafeno apresenta mobilidade eletrônica dez vezes maior que o silício.

«Em outras palavras, os elétrons do material se movem com resistência muito baixa, o que na eletrônica leva a cálculos mais rápidos”, explica o comunicado do instituto.

De Heer explica o apelo da eletrônica baseada em grafeno em termos mais simples: “É como dirigir em uma rodovia em vez de em uma estrada de cascalho. Ele [o material à base de grafeno] é mais eficiente, não esquenta tanto e permite que os elétrons viajem a uma velocidade maior.”

De acordo com os cientistas, o seu grafeno epitaxial combinado com carboneto de silício é muito superior a qualquer outro semicondutor 2D em desenvolvimento. O professor de Heer descreveu o avanço de sua equipe em materiais semicondutores como um “momento dos irmãos Wright” e também enfatizou a compatibilidade do material com as propriedades de onda da mecânica quântica dos elétrons. Em outras palavras, poderia desempenhar um papel importante nos avanços futuros na computação quântica.