Pesquisadores da Cornell College of Engineering conseguiram usar um forno de micro-ondas convencional ligeiramente modificado para mostrar a possibilidade de criar materiais semicondutores para a produção de uma nova geração de chips. O experimento foi realizado em um forno de micro-ondas doméstico convencional encomendado pela TSMC. No futuro, esta fabricante de chips taiwanesa poderá implementar a tecnologia de processo proposta na produção de chips de 2nm.
Fonte da imagem: Ryan Young/Cornell University
Para preparar materiais semicondutores para produção, à medida que a escala dos padrões tecnológicos diminui, é necessária cada vez mais dopagem do silício cristalino. Mas o silício não é borracha e, à medida que fica saturado com aditivos de terceiros, a estrutura do cristal é distorcida ao ponto de destruição. Neste caso, o processo de liga é acompanhado por misturas de recozimento – aquecimento a temperaturas muito altas, de modo que a substância adicionada, em particular o fósforo, seja distribuída uniformemente sobre o silício.
A partir de um certo ponto, ainda mais fósforo não pode ser colocado no silício da maneira usual, o que é necessário para aumentar a condutividade eletrônica em escalas menores. O aquecimento convencional não permite criar misturas homogêneas e é impossível falar sobre a estabilidade desses semicondutores.
«Precisamos de concentrações de fósforo que excedam sua solubilidade de equilíbrio em silício. Vai contra a natureza”, disse um dos autores do estudo. “O cristal de silício se expande, causando uma enorme deformação e tornando-o potencialmente inútil para a eletrônica.”
Ao mesmo tempo, o TSMC sugeriu que as microondas poderiam ser usadas para ativar o excesso de elementos de liga, mas, como os fornos de microondas domésticos que às vezes aquecem os alimentos de maneira desigual, os fornos de microondas de recozimento anteriores criaram “ondas estacionárias” que interferiam na ativação sequencial de elementos de liga. Assim, o TSMC, em colaboração com cientistas do Cornell College of Engineering, modificou o forno de microondas para controlar seletivamente onde as ondas estacionárias se originaram. Essa precisão permite que os elementos de liga sejam ativados corretamente sem superaquecer ou danificar o cristal de silício.
A descoberta feita pode ser usada para a produção de materiais semicondutores e eletrônicos por volta de 2025, segundo os desenvolvedores, que também depositaram duas patentes para a invenção.
«Atualmente, vários fabricantes produzem materiais semicondutores com tamanho de 3 nanômetros, dizem os autores. “Esta nova abordagem de micro-ondas tem o potencial de permitir que os principais fabricantes, como TSMC e Samsung, reduzam para 2 nm”.