Os semicondutores auxiliam consideravelmente o avanço da tecnologia, mas o material utilizado hoje nos chips de computador, o silício, vem apresentando seus limites para contribuir com essa evolução. Um novo avanço poderia redefinir o futuro da computação, envolvendo um material extraordinário, o grafeno. Recentemente, pesquisadores da Georgia Institute of Technology alcançaram um marco histórico: a criação do primeiro semicondutor funcional de grafeno, o que pode ser um grande passo para computadores mais rápidos e eficientes.
O grafeno é composto por uma única camada de átomos de carbono, arranjada em uma estrutura hexagonal. Essa composição única confere ao grafeno uma força comparável ao aço, mantendo uma leveza surpreendente. Além de ser um excelente condutor elétrico, esse material é resistente ao calor e a ácidos, tornando-o um candidato ideal para uma ampla gama de aplicações. No entanto, a criação de um semicondutor de grafeno funcional, uma peça chave na fabricação de chips lógicos para computadores, provou ser um desafio formidável.
Um obstáculo crucial na criação de semicondutores de grafeno foi a ausência de um “bandgap”. Em semicondutores, o bandgap é uma faixa de energia onde não existem estados eletrônicos, permitindo que os elétrons saltem de um estado de baixa energia para um de alta energia, possibilitando a alternância entre condutividade e isolamento elétrico – essencial para a lógica binária em computadores. Até agora, a manipulação do grafeno para criar esse bandgap em uma escala prática era um mistério não resolvido.
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A inovação dos semicondutores
O time liderado por Walter de Heer na Georgia Tech em Atlanta fez um avanço revolucionário ao desenvolver um semicondutor de grafeno com um bandgap funcional. Mais impressionante ainda, eles demonstraram um transistor de grafeno operacional – um componente fundamental que atua como um interruptor para permitir ou impedir o fluxo de corrente elétrica. O método utilizado envolveu aquecer wafers de carbeto de silício até que o silício evaporasse, deixando uma camada de grafeno. Wafers são finas fatias de material semicondutor usadas como base para a fabricação de circuitos integrados e componentes eletrônicos. Essa técnica de aquecimento dos wafers, notavelmente semelhante à usada na fabricação de chips de silício, sugere uma possibilidade real de escalabilidade industrial.
O grafeno, com suas propriedades elétricas superiores, poderia significar uma grande evolução em relação aos atuais chips de silício. Para colocar em perspectiva, Walter de Heer compara a condução elétrica em grafeno à diferença entre dirigir em uma estrada de terra e uma autoestrada.
Mas apesar do potencial do grafeno, os chips de silício ainda têm suas vantagens, principalmente devido à infraestrutura global de fabricação já estabelecida e aos custos relativamente baixos.
A lei de Moore, que prevê a duplicação do número de transistores em circuitos aproximadamente a cada dois anos, tem sido um mantra na indústria de semicondutores, mas estamos chegando a limites físicos que desafiam a continuação dessa tendência com a tecnologia de silício. Os circuitos de grafeno, com suas propriedades superiores, poderiam reacender essa progressão, embora ainda existam barreiras a serem superadas antes que possamos substituir completamente o silício pelo grafeno.
David Carey, da Universidade de Surrey, destaca a importância do uso de wafers no processo, ressaltando a potencial escalabilidade da tecnologia de grafeno. Contudo, ele também expressa ceticismo quanto a uma rápida transição do silício para o grafeno, enfatizando a necessidade de aprimoramentos adicionais em termos de tamanho, qualidade e técnicas de fabricação de transistores de grafeno. O caminho à frente é promissor, mas ainda cheio de desafios técnicos e industriais.
Apesar dos obstáculos, a inovação no grafeno abre um novo horizonte para a computação. A capacidade de criar semicondutores funcionais de grafeno pode levar a uma era de dispositivos eletrônicos mais rápidos, eficientes e possivelmente até mais sustentáveis. Este desenvolvimento representa um passo significativo para a ciência dos materiais e também para a indústria da tecnologia como um todo.
Fonte: NewScientist
