À medida que entramos no mundo sem fio do 5G, comunicações na banda de ondas milimétricas (ou seja, de 30 a 300 GHz) se tornará cada vez mais importante, particularmente para aplicativos de transferência de dados sem fio de alta velocidade. O problema é que, nesses pequenos comprimentos de onda, a intensidade do sinal no circuito se degrada rapidamente, exigindo assim que o circuito seja altamente integrado na menor área ocupada possível. Para melhor implementar isso, a tecnologia do transistor de alta frequência precisa ser compatível com a tecnologia robusta da eletrônica digital:semicondutores de óxido metálico complementar (CMOSs).

Estudos recentes sugeriram que os transistores feitos de nanotubos de carbono alinhados podem levar a um melhor desempenho em dispositivos sem fio do que os semicondutores III-V comumente usados. Isso se deve principalmente à sua amplificação de sinal altamente linear e sua melhor compatibilidade com circuitos CMOS.

Com isso em mente, pesquisadores da Carbonics Inc., uma empresa de semicondutores eletrônicos com sede em Los Angeles, desenvolveram recentemente um novo tipo de transistor feito de nanotubos de carbono alinhados. Este novo transistor, apresentado em um artigo publicado em Nature Electronics , opera em frequências gigahertz e é mais fácil de integrar com a tecnologia CMOS do que a maioria dos transistores existentes.

"Durante meus estudos de pós-graduação, Trabalhei com o Prof. Peter Burke na UC Irvine (um dos portadores da tocha original para a tecnologia) investigando aplicações de radiofrequência para nanotubos de carbono, "Christopher Rutherglen, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. "Após a formatura, Continuei o esforço em uma empresa chamada Aneeve LLC, onde o foco era fazer transistores de alta frequência usando nanotubos de carbono, usando licenças de IP (propriedade intelectual) do grupo do Prof. Chongwu Zhou na USC. "

Em 2014, Aneeve LLC, a empresa onde Rutherglen estava trabalhando, foi reincorporada como Carbonics Inc. depois de receber financiamento substancial de capital de risco. Desde então, a empresa tem tentado desenvolver e, finalmente, comercializar transistores de nanotubos de carbono de alta frequência. Os resultados, publicado recentemente em Nature Electronics , são um salto significativo para a Carbonics Inc. e para a evolução geral deste tipo específico de transistor.

A principal diferença entre os transistores de alta frequência desenvolvidos por Rutherglen e seus colegas e tecnologias incumbentes comparáveis ​​é que os primeiros são feitos de milhares de nanotubos de carbono alinhados, em vez de materiais de Si ou III-V de dimensões mais altas. Uma vantagem importante dos nanotubos de carbono é que eles são materiais unidimensionais, e, portanto, têm características de transporte superiores.

"Por exemplo, à medida que os elétrons são transportados através de qualquer material, há uma tendência para eles se espalharem ou colidirem ao longo do caminho de viagem, o que acaba reduzindo a velocidade de todo o dispositivo, "Rutherglen explicou." Em materiais unidimensionais, como nanotubos de carbono, os elétrons podem viajar distâncias muito maiores antes de se espalharem porque há menos estados disponíveis para os quais o elétron pode se espalhar. Simplificando:não pode espalhar para cima ou para baixo, direita ou esquerda, porque tais estados não existem em materiais 1-D. "

Uma outra vantagem dos nanotubos de carbono em transistores é que eles podem ser aplicados a uma ampla variedade de substratos usando um método simples de revestimento de superfície. Esta característica facilita sua integração com CMOS e outras tecnologias de semicondutores, pois torna mais fácil combiná-los com outros materiais.

"Por quase duas décadas, transistores de alta frequência baseados em nanotubos de carbono têm sido apresentados como uma tecnologia revolucionária, "Rutherglen disse." No entanto, as expectativas infladas naqueles primeiros dias não foram atendidas, deixando muitos para subseqüentemente desconsiderar os méritos da tecnologia e seguir em frente. Conforme relatado em nosso jornal, demonstramos pela primeira vez que a tecnologia de transistor de alta frequência de nanotubos de carbono pode fornecer desempenho de dispositivo de incumbência de bater em métricas chave. "

O estudo realizado por Rutherglen e seus colegas abre novas possibilidades para o desenvolvimento de transistores mais fáceis de integrar com circuitos CMOS. Suas descobertas também sugerem que o desempenho dos transistores poderia ser aumentado ainda mais, abordando alguns dos desafios conhecidos associados ao desenvolvimento deste tipo de tecnologia.

No futuro, os resultados coletados por esta equipe de pesquisadores podem provocar mudanças na indústria de semicondutores, encorajando os fabricantes de eletrônicos a reavaliar o design e a estrutura dos transistores existentes. A fim de levar os transistores de nanotubos de carbono alinhados de um estágio de protótipo para o mercado de massa, Contudo, a tecnologia ainda precisará receber investimentos de centenas de milhões de dólares.

"Nosso próximo passo é continuar melhorando os resultados alcançados e trabalhar com parceiros da indústria para promover a tecnologia, "Rutherglen disse." Atualmente estamos engajados em parcerias de licenciamento e transferência de tecnologia com participantes da indústria. "

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