China leva chips além do silício — processador RISC-V de 32 bits construído em semicondutor atômico fino

Esta semana, cientistas chineses publicaram um artigo na revista Nature relatando que eles foram além do silício na fabricação de chips. Um processador RISC-V completo de 32 bits foi fabricado em uma camada de semicondutor com uma molécula de espessura — não mais que 1 nm. Mas o mais importante é que a produção não requer scanners EUV e é possível graças ao equipamento litográfico disponível na China.

Fonte da imagem: Nature 2025

Há cerca de 20 anos, pesquisadores estudam o grafeno como um material que pode levar a fabricação de chips a novos patamares de produtividade e eficiência. No entanto, o grafeno em sua forma pura é um condutor. Produzir transistores com ele, por exemplo, usando nanotubos, é quase como fazer o famoso mingau de um machado: muitos outros ingredientes e processos são necessários. O problema poderia ser resolvido por um semicondutor atomicamente fino, mas isso ainda não foi descoberto. No entanto, várias moléculas semicondutoras podem estar localizadas em uma camada fina, próxima à espessura de átomos individuais. Uma dessas moléculas é o dissulfeto de molibdênio (MoS₂). Devido à estrutura molecular hexagonal, a camada de MoS₂ não é mais espessa que 1 nm.

Cientistas do Laboratório Nacional de Circuitos e Sistemas Integrados da Universidade Fudan passaram cerca de cinco anos desenvolvendo processos usando dissulfeto de molibdênio, incluindo a deposição do material em fase de vapor em substratos. Eles teriam pelo menos aprendido como depositar camadas de MoS₂ em substratos de safira, nos quais começaram a fabricar circuitos atomicamente finos e funcionais. Cerca de 70% do equipamento usado para produzir chips MoS2 é emprestado da produção convencional de pastilhas de silício. Isso significa que o processo tecnológico desenvolvido pelos cientistas pode ser lançado em produção com custos de modernização relativamente modestos.

Por fim, os pesquisadores criaram um conjunto de inversores 30×30. Ao fazer isso, eles contornaram as limitações do MoS₂, que só permite transistores de uma condutividade, o tipo n. É impossível introduzir impurezas nas moléculas de MoS₂ para criar transistores com uma condutividade diferente daquela permitida pelo material original. Portanto, as tensões de porta eram determinadas pelos condutores abaixo delas. Em particular, foram utilizados contatos de alumínio e ouro.

Com base nos inversores fabricados, os cientistas conseguiram montar circuitos eletrônicos a partir de um conjunto básico de 25 componentes eletrônicos. O circuito geral continha 5900 transistores funcionais. A frequência deles era baixa — alguns quilohertz. Entretanto, o chip Wuji executou toda a gama de instruções RISC-V de 32 bits. Este é o maior processador da história baseado em um semicondutor atomicamente fino, afirmam os desenvolvedores. E este é o primeiro passo sério além da eletrônica de silício.