p (Phys.org) —Um novo tipo de transistor em forma de árvore de Natal chegou bem a tempo para o feriado, mas o protótipo não ficará aninhado sob a árvore junto com os outros presentes. p "É uma prévia do que está por vir na indústria de semicondutores, "disse Peide" Peter "Sim, professor de engenharia elétrica e da computação na Purdue University.

p Pesquisadores das universidades de Purdue e Harvard criaram o transistor, que é feito de um material que pode substituir o silício em uma década. Cada transistor contém três minúsculos nanofios feitos de silício, como transistores convencionais, mas de um material chamado arseneto de índio-gálio. Os três nanofios são progressivamente menores, produzindo uma seção transversal cônica semelhante a uma árvore de Natal.

p A pesquisa se baseia em trabalhos anteriores em que a equipe criou uma estrutura 3-D em vez de transistores planos convencionais. A abordagem pode permitir que os engenheiros construam com mais rapidez, circuitos integrados mais compactos e eficientes e laptops mais leves que geram menos calor do que os atuais.

p Novas descobertas mostram como melhorar o desempenho do dispositivo conectando os transistores verticalmente em paralelo.

p "Uma casa térrea pode abrigar tantas pessoas, mas mais andares, mais pessoas, e é a mesma coisa com transistores, "Ye disse." Empilhá-los resulta em uma operação mais atual e muito mais rápida para computação de alta velocidade. Isso adiciona uma dimensão totalmente nova, então eu os chamo de 4-D. "

p As descobertas serão detalhadas em dois artigos a serem apresentados durante o Encontro Internacional de Dispositivos Eletrônicos de 8 a 12 de dezembro em São Francisco. Um dos artigos foi destacado pelos organizadores da conferência como um dos "tópicos e artigos mais interessantes a serem apresentados".

p O trabalho é liderado pelo estudante de doutorado de Purdue, Jiangjiang Gu, e pelo pesquisador de pós-doutorado em Harvard, Xinwei Wang.

p A mais nova geração de chips de silício para computador, introduzido este ano, contêm transistores com uma estrutura 3-D vertical em vez de um design plano convencional. Contudo, porque o silício tem uma "mobilidade de elétrons" limitada - a velocidade do fluxo de elétrons - outros materiais provavelmente serão necessários em breve para continuar avançando os transistores com esta abordagem 3-D, Ye disse.

p Arsenieto de índio-gálio está entre os vários semicondutores promissores que estão sendo estudados para substituir o silício. Esses semicondutores são chamados de materiais III-V porque combinam elementos do terceiro e do quinto grupos da tabela periódica.

p Os transistores contêm componentes críticos chamados portas, que permitem aos dispositivos ligar e desligar e direcionar o fluxo de corrente elétrica. Portas menores possibilitam uma operação mais rápida. Nos transistores de silício 3-D de hoje, o comprimento dessas portas é de cerca de 22 nanômetros, ou bilionésimos de um metro.

p O design 3-D é crítico porque comprimentos de porta de 22 nanômetros e menores não funcionam bem em uma arquitetura de transistor plana. Os engenheiros estão trabalhando para desenvolver transistores que usam comprimentos de gate ainda menores; 14 nanômetros são esperados até 2015, e 10 nanômetros em 2018.

p Contudo, reduções de tamanho além de 10 nanômetros e melhorias de desempenho adicionais provavelmente não são possíveis usando silício, o que significa que novos materiais serão necessários para continuar o progresso, Ye disse.

p A criação de transistores menores também exigirá encontrar um novo tipo de isolamento, ou camada "dielétrica" ​​que permite que a porta se desligue. À medida que os comprimentos de portão encolhem para menos de 14 nanômetros, o dielétrico usado nos transistores convencionais não funciona corretamente e "vaza" carga elétrica quando o transistor é desligado.

p Os nanofios nos novos transistores são revestidos com um tipo diferente de isolador composto, uma camada de 4 nanômetros de espessura de aluminato de lantânio com um ultrafino, camada de óxido de alumínio de meio nanômetro. O novo dielétrico ultrafino permitiu aos pesquisadores criar transistores feitos de arseneto de índio-gálio com portas de 20 nanômetros, que é um marco, Ye disse.