Cientistas da Universidade de Warwick e do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá relataram a maior “mobilidade de buraco” já medida em um material usado na fabricação moderna de semicondutores à base de silício.
O silício (Si) é a base da maioria dos dispositivos semicondutores modernos, mas à medida que os componentes são comprimidos e colocados mais próximos uns dos outros, geram mais calor e aproximam-se dos limites fundamentais de desempenho. O germânio (Ge), que apareceu em alguns dos primeiros transistores na década de 1950, está ganhando interesse renovado à medida que os pesquisadores encontram maneiras de explorar suas excelentes propriedades elétricas, mantendo as vantagens dos métodos conhecidos de fabricação de silício.
Avanço de um novo material usando germânio deformado em silício
Num estudo publicado em Materiais hojeuma equipe liderada pelo Dr. Maxim Mironov, da Universidade de Warwick, demonstrou grandes progressos no campo da eletrônica de próxima geração. Os pesquisadores criaram uma depiladora de germânio nanométrica em silício que sofre deformação por compressão. Esta estrutura projetada permite que a carga elétrica viaje mais rápido do que qualquer material anteriormente conhecido compatível com o silício.
Maksim Mironov, professor associado e chefe do Grupo de Pesquisa de Semicondutores, Departamento de Física da Universidade de Warwick, explica: “Os semicondutores tradicionais de alta mobilidade, como o arsenieto de gálio (GaAs), são muito caros e não podem ser integrados na produção convencional de silício. Nosso novo material quântico estressado por compressão de germânio sobre silício (cs-GoS) combina mobilidade líder mundial com escalabilidade industrial é um passo fundamental em direção à integração quântica prática e clássica em grande escala circuitos”.
Como a equipe alcançou mobilidade ultra-alta
Os pesquisadores criaram o material inovador cultivando uma fina camada de germânio em uma pastilha de silício e aplicando uma quantidade precisa de tensão compressiva. Isso produziu uma estrutura cristalina excepcionalmente limpa e ordenada que permite a passagem de carga elétrica com resistência mínima.
Durante os testes, o material alcançou uma mobilidade de furo de 7,15 milhões de cm2 por volt-segundo (em comparação com ~450 cm2 no silício industrial), um resultado sem precedentes que mostra que elétrons e buracos podem se mover através dele com muito mais facilidade do que através do silício convencional. Essa melhoria pode resultar em dispositivos eletrônicos funcionando mais rapidamente e consumindo menos energia.
Implicações para a futura eletrônica e tecnologia quântica
Sergei Studianikin, cientista-chefe do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá, afirma: “Isso estabelece uma nova referência para o transporte de carga em semicondutores do Grupo IV, os materiais no coração da indústria eletrônica global. Isso abre caminho para dispositivos eletrônicos e quânticos mais rápidos e eficientes em termos energéticos, totalmente compatíveis com a tecnologia de silício existente.”
Os resultados obtidos estabelecem um novo caminho promissor para componentes semicondutores ultrarrápidos de baixa potência. As aplicações potenciais incluem sistemas de informação quântica, spin qubits, controladores criogênicos para processadores quânticos, aceleradores de inteligência artificial e servidores com eficiência energética projetados para reduzir os requisitos de resfriamento em data centers.
A conquista também é significativa para o Grupo de Pesquisa de Semicondutores de Warwick e destaca a crescente influência do Reino Unido na pesquisa avançada de materiais semicondutores.
