Os pesquisadores resolveram três desafios técnicos diabolicamente difíceis que estavam efetivamente bloqueando a realização do potencial mostrado pelos materiais 2D semicondutores, um ingrediente-chave para a criação de novos transistores de espessura atômica que podem redefinir a Lei de Moore. Graças ao trabalho de uma equipe multi-institucional de pesquisadores, a produção de materiais 2D de alta qualidade em escala comercial parece agora estar resolvida.
O avanço do desenvolvimento de semicondutores é ameaçado por restrições naturais impostas pela forma como os transistores são fabricados e os materiais que são utilizados. Essa barreira à Lei de Moore há muito aparece no horizonte, e cientistas com visão de futuro têm pesquisado e desenvolvido rotas alternativas para oferecer a melhoria contínua que se busca.
Uma das maneiras práticas mais prováveis de a indústria de semicondutores colocar um novo impulso é substituir o silício pelos chamados materiais 2D para criar transistores 2D. Os cientistas que analisam de perto os materiais 2D destacaram várias qualidades atraentes que devem ajudar a fornecer melhorias significativas no desempenho, eficiência e escalabilidade. O Grupo de Pesquisa de Componentes (CR) da Intel, por exemplo, apresentou recentemente nove trabalhos de pesquisa, alguns deles divulgando o uso de novos materiais 2D como uma rota para o desenvolvimento de processadores com mais de um trilhão de transistores, até 2030.
Agora, três desafios críticos para a comercialização de materiais 2D foram resolvidos, afirma o grupo internacional de cientistas, tornando possível a fabricação de materiais 2D na forma monocristalina em pastilhas de silício. Esses desafios foram especificamente descritos a seguir:
- controle cinético preciso do crescimento de material 2D camada por camada,
- manter um único domínio durante o crescimento para espessura uniforme, e
- controlabilidade em escala de wafer de número de camadas e cristalinidade.
Você pode ler o documento completo para mais detalhes sobre cada um desses desafios e como eles foram resolvidos pelos processos inventados pela equipe multi-institucional. O trabalho é detalhado em um papel (abre em nova aba) intitulado ‘Crescimento de material 2D de cristal único não epitaxial por confinamento geométrico’ e publicado pela revista Nature.
Sang-Hoon Bae, um dos líderes do projeto e professor de engenharia mecânica e ciência dos materiais na McKelvey School of Engineering da Washington University em St. Louis, certamente parece confiante no impacto da pesquisa. “Acreditamos que nossa técnica de crescimento confinado pode trazer todas as grandes descobertas em física de materiais 2D para o nível de comercialização, permitindo a construção de heterojunções camada por camada de domínio único na escala de wafer”, explicou Bae. “Nossa conquista estabelecerá uma base sólida para que os materiais 2D se encaixem em ambientes industriais.”
Como em todas as pesquisas dessa natureza, pode levar anos até que vejamos materiais 2D usados em aplicações práticas. No entanto, com empresas como Intel e Samsung profundamente envolvidas neste projeto – e o fato de que a Intel já possui transistores 2D Gate All Around (GAA) em seu pipeline de pesquisa – esse futuro pode chegar mais cedo do que você pensa.