p Existe uma nova maneira de projetar chips de computador e circuitos eletrônicos para ambientes extremos:torná-los de diamante. p Uma equipe de engenheiros elétricos da Universidade de Vanderbilt desenvolveu todos os componentes básicos necessários para criar dispositivos microeletrônicos a partir de filmes finos de nanodiamante. Eles criaram versões de diamante de transistores e, mais recentemente, portas lógicas, que são um elemento-chave em computadores.

p "Dispositivos baseados em diamante têm potencial para operar em velocidades mais altas e requerem menos energia do que dispositivos baseados em silício, "O professor pesquisador de engenharia elétrica Jimmy Davidson disse." O diamante é o material mais inerte conhecido, portanto, nossos dispositivos são amplamente imunes aos danos da radiação e podem operar em temperaturas muito mais altas do que aqueles feitos de silício. "

p O projeto de um portão lógico é descrito na edição de 4 de agosto da revista Cartas Eletrônicas . Os co-autores do artigo são o estudante graduado Nikkon Ghosh, Professor de Engenharia Elétrica Weng Poo Kang.

p Não é um anel de noivado

p Davidson foi rápido em apontar que, embora seu design use filme de diamante, não é exorbitantemente caro. Os dispositivos são tão pequenos que cerca de um bilhão deles podem ser fabricados a partir de um quilate de diamante. Os filmes são feitos de hidrogênio e metano usando um método chamado deposição química de vapor, amplamente utilizado na indústria de microeletrônica para outros fins. Esta forma depositada de diamante é menos de um milésimo do custo do diamante "joalheria", o que o tornou barato o suficiente para que as empresas estejam colocando revestimentos de diamante nas ferramentas, panelas e outros produtos industriais. Como resultado, o custo de produção de dispositivos de nanodiamantes deve ser competitivo com o silício.

p As aplicações potenciais incluem eletrônicos militares, circuitos que operam no espaço, interruptores de ultra-alta velocidade, aplicativos de ultra-baixa potência e sensores que operam em ambientes de alta radiação, em temperaturas extremamente altas de até 900 graus Fahrenheit e temperaturas extremamente baixas de até 300 graus Fahrenheit negativos.

p Híbrido de velho e novo

p Os circuitos de nanodiamantes são um híbrido de tubos de vácuo antigos e microeletrônica de estado sólido moderna e combinam algumas das melhores qualidades de ambas as tecnologias.
Os dispositivos de nanodiamante consistem em uma fina película de nanodiamante que é depositada sobre uma camada de dióxido de silício. Assim como fazem em tubos de vácuo, os elétrons se movem através do vácuo entre os componentes do nanodiamante, em vez de fluir através de um material sólido, como ocorre em dispositivos microeletrônicos normais. Como resultado, eles requerem embalagem a vácuo para operar.

p "O motivo do seu laptop esquentar é porque os elétrons que bombeiam pelos transistores se chocam com os átomos do semicondutor e os aquecem, "Davidson disse." Como nossos dispositivos usam transporte de elétrons no vácuo, eles não produzem tanto calor. "

p Essa eficiência de transmissão também é uma das razões pelas quais os novos dispositivos podem funcionar com quantidades muito pequenas de corrente elétrica. Outra é que o diamante é o melhor emissor de elétrons do mundo, então não é preciso muita energia para produzir feixes de elétrons fortes. "Achamos que podemos fazer dispositivos que usem um décimo da potência dos dispositivos de silício mais eficientes, "disse Davidson.

p O design também é amplamente imune aos danos da radiação. A radiação interrompe a operação dos transistores, induzindo carga indesejada no silício, causando um efeito como o disparo do disjuntor em sua casa. No dispositivo de nanodiamantes, por outro lado, os elétrons fluem através do vácuo, então não há nada para as partículas energéticas interromperem. Se as partículas atingirem o ânodo ou cátodo do nanodiamante, o impacto é limitado a uma pequena flutuação no fluxo de elétrons, ruptura não completa, como é o caso com dispositivos de silício.

p "Quando li sobre os problemas na usina de Fukushima após o tsunami japonês, Percebi que os circuitos de nanodiamantes seriam perfeitos para circuitos à prova de falhas em reatores nucleares, "Davidson disse." Não seria afetado por altos níveis de radiação ou as altas temperaturas criadas pelas explosões. "

p Dispositivos de nanodiamante podem ser fabricados por processos que a indústria de semicondutores usa atualmente. A única exceção é o requisito de operar no vácuo, o que exigiria alguma modificação no processo de embalagem. Atualmente, chips semicondutores são selados em pacotes preenchidos com um gás inerte como argônio ou simplesmente encapsulados em plástico, protegendo-os da degradação química. Davidson e seus colegas investigaram o processo de embalagem e descobriram que as vedações metálicas usadas em circuitos de nível militar são fortes o suficiente para manter um vácuo adequado por séculos.