Transistor semicondutor composto minúsculo pode desafiar o domínio do silício

Transistor semicondutor composto minúsculo pode desafiar o domínio do silício

Tipo de artigo: Notícias da indústria De: Microelectronics International, Volume 30, Edição 2

Pesquisadores do MIT desenvolvem o menor transistor de arsenieto de índio e gálio já construído

A coroa do silício está ameaçada: os dias do semicondutor como o rei dos microchips para computadores e dispositivos inteligentes podem estar contados, graças ao desenvolvimento do menor transistor já construído a partir de um material rival, o arsenieto de índio e gálio.

O transistor composto, construído por uma equipe dos Laboratórios de Tecnologia de Microssistemas do MIT, funciona bem apesar de ter apenas 22 nm (bilionésimos de metro) de comprimento. Isso o torna um candidato promissor para substituir o silício em dispositivos de computação, diz o co-desenvolvedor Jesús del Alamo, o Donner Professor of Science no Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação (EECS) do MIT, que construiu o transistor com o estudante de pós-graduação do EECS Jianqian Lin. e Dimitri Antoniadis, o Professor Ray e Maria Stata de Engenharia Elétrica.

Para acompanhar nossa demanda por dispositivos de computação cada vez mais rápidos e inteligentes, o tamanho dos transistores está diminuindo continuamente, permitindo que um número crescente deles seja espremido em microchips. “Quanto mais transistores você puder colocar em um chip, mais poderoso ele será e mais funções ele desempenhará”, diz del Alamo.

Mas, à medida que os transistores de silício são reduzidos à escala nanométrica, a quantidade de corrente que pode ser produzida pelos dispositivos também está diminuindo, limitando sua velocidade de operação. Isso levou a temores de que a Lei de Moore – a previsão do fundador da Intel, Gordon Moore, de que o número de transistores em microchips dobrará a cada dois anos – possa estar prestes a chegar ao fim, diz del Alamo.

Para manter a Lei de Moore viva, os pesquisadores há algum tempo investigam alternativas ao silício, que poderiam produzir uma corrente maior mesmo quando operando nessas escalas menores. Um desses materiais é o composto arseneto de índio e gálio, que já é usado em tecnologias de comunicação por fibra ótica e radares, e é conhecido por ter propriedades elétricas extremamente boas, diz del Alamo. Mas, apesar dos avanços recentes no tratamento do material para permitir que ele seja transformado em um transistor de maneira semelhante ao silício, ninguém ainda foi capaz de produzir dispositivos pequenos o suficiente para serem embalados em números cada vez maiores nos microchips de amanhã.

Agora del Alamo, Antoniadis e Lin mostraram que é possível construir um transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico de tamanho nanométrico (MOSFET) – o tipo mais comumente usado em aplicações lógicas, como microprocessadores – usando o material. “Mostramos que você pode fazer MOSFETs de arseneto de índio e gálio extremamente pequenos com excelentes características lógicas, o que promete levar a Lei de Moore além do alcance do silício”, diz del Alamo.

Os transistores consistem em três eletrodos: a porta, a fonte e o dreno, com a porta controlando o fluxo de elétrons entre os outros dois. Como o espaço nesses minúsculos transistores é tão apertado, os três eletrodos devem ser colocados extremamente próximos um do outro, um nível de precisão que seria impossível até mesmo para ferramentas sofisticadas alcançarem. Em vez disso, a equipe permite que o portão se “autoalinhe” entre os outros dois eletrodos.

Os pesquisadores primeiro cultivam uma fina camada do material usando epitaxia de feixe molecular, um processo amplamente utilizado na indústria de semicondutores no qual átomos evaporados de índio, gálio e arsênico reagem entre si no vácuo para formar um composto de cristal único. A equipe então deposita uma camada de molibdênio como fonte e dreno de metal de contato. Eles então “desenham” um padrão extremamente fino neste substrato usando um feixe de elétrons focado – outra técnica de fabricação bem estabelecida conhecida como litografia por feixe de elétrons.

Áreas indesejadas de material são então gravadas e o óxido do portão é depositado no pequeno espaço. Finalmente, o molibdênio evaporado é disparado na superfície, onde forma o portão, bem espremido entre os dois outros eletrodos, diz del Alamo. “Através de uma combinação de gravação e deposição, podemos obter o portão aninhado [entre os eletrodos] com pequenas lacunas ao redor”, diz ele.

Embora muitas das técnicas aplicadas pela equipe já sejam usadas na fabricação de silício, elas raramente foram usadas para fazer transistores semicondutores compostos. Isso ocorre em parte porque em aplicações como comunicação por fibra ótica, o espaço é um problema menor. “Mas quando você está falando em integrar bilhões de minúsculos transistores em um chip, então precisamos reformular completamente a tecnologia de fabricação de transistores semicondutores compostos para se parecer muito mais com os transistores de silício”, diz del Alamo.

O próximo passo será trabalhar para melhorar ainda mais o desempenho elétrico – e, portanto, a velocidade – do transistor, eliminando a resistência indesejada dentro do dispositivo. Uma vez que tenham conseguido isso, eles tentarão reduzir ainda mais o dispositivo, com o objetivo final de reduzir o tamanho de seu transistor para menos de 10 nm no comprimento da porta.

A pesquisa foi financiada pela DARPA e pela Semiconductor Research Corporation.

 

Fonte: Transistor semicondutor composto minúsculo pode desafiar o domínio do silício | Visão Esmeralda

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