Semicondutores promissores funcionarão com carvão, mas não da maneira que você pensava inicialmente

Para aumentar o desempenho dos chips é necessário reduzir o tamanho dos transistores e buscar novos materiais para sua fabricação. Um não funciona sem o outro. E será duplamente benéfico se algum novo material para a produção de semicondutores avançados for barato, inesgotável e bem conhecido por cientistas e fabricantes. Como descobriram cientistas dos EUA, esse material pode ser o carvão comum.

Fonte da imagem: Grainger College of Engineering da Universidade de Illinois Urbana-Champaign

Os transistores foram além de elementos discretos, portas integradas, planas e verticais, portas totalmente cercadas e estão se movendo em direção a canais horizontais de nanopáginas. Na próxima etapa, eles passarão a ter dois andares, quando a dupla complementar se sentar na cabeça um do outro. Por volta de 2035, provavelmente começarão a aparecer tecnologias mais ou menos confiáveis ​​para a produção em massa de transistores a partir de materiais bidimensionais de espessura atômica. No entanto, eles aparecerão apenas se uma base for preparada para eles, incluindo uma variedade de condutores, semicondutores e isoladores.

O carvão pode atuar como um isolante nesta tríade, como descobriram pesquisadores do Laboratório Nacional de Tecnologia Energética (NETL) do Departamento de Energia dos EUA. Por que carvão? Porque há muito disso. Realmente muito. A mineração, transporte, processamento e armazenamento de carvão são simplificados como nada mais. Hoje, a prática de queimar carvão para obter energia e calor está a tornar-se uma coisa do passado, como uma relíquia do apogeu da industrialização. Mas também é impossível abandonar de uma só vez a indústria mineira do carvão, pois isso representaria um duro golpe para a economia, a indústria e a sociedade. Converter este recurso fóssil para o estatuto de alta tecnologia seria uma solução ideal. Na verdade, para este efeito, foi atribuída à equipa NETL uma tarefa correspondente.

Uma nuance separada é que, para chips feitos de materiais bidimensionais – grafeno, dissulfeto de molibdênio e outros – os isoladores tradicionais feitos de óxidos metálicos não são adequados. Os óxidos metálicos têm uma superfície volumosa e, portanto, irregular e, se combinados com materiais 2D, a interface terá um relevo tão complexo que os elétrons definitivamente não gostarão. Parte da corrente será dissipada no limite de transição. O carvão é outra questão. Sua estrutura amorfa permite criar uma excelente camada isolante que se adapta quase perfeitamente à superfície espelhada do material 2D.

O processo técnico de aplicação de filmes isolantes de carvão proposto pelos cientistas parece bastante simples. O carvão é moído até virar pó e depois transformado em suspensão por meio de um líquido. Após a deposição ocorre a secagem e polimento. Parece simples e é acessível para produção em massa. Na verdade, os experimentos subsequentes com carvão para substituir isoladores terão como objetivo principal o desenvolvimento de tecnologias para a produção em massa de microcircuitos, conforme descreveram os cientistas em um artigo na revista Communications Engineering.

A cereja do bolo desta notícia foi a informação de que a TSMC investiu no projeto de carvão. A fabricante de chips taiwanesa espera usar esta tecnologia em futuros processos de fabricação.