Um segredo para criar os transistores flexíveis baseados em silício mais rápidos do mundo:faca muito pequena.

Trabalhando em colaboração com colegas de todo o país, Os engenheiros da Universidade de Wisconsin-Madison foram os pioneiros em um método exclusivo que pode permitir aos fabricantes fabricar transistores de alto desempenho com recursos sem fio em enormes rolos de plástico flexível de maneira fácil e barata.

Os pesquisadores, liderados por Zhenqiang (Jack) Ma, o Professor Lynn H. Matthias em Engenharia e o Professor Distinto de Realização Vilas em Engenharia Elétrica e da Computação, e o cientista pesquisador Jung-Hun Seo - fabricou um transistor que opera a um recorde de 38 gigahertz, embora suas simulações mostrem que ele pode ser capaz de operar em 110 gigahertz incompreensíveis. Na computação, isso se traduz em velocidades de processador ultrarrápidas.

Também é muito útil em aplicativos sem fio. O transistor pode transmitir dados ou transferir energia sem fio, uma capacidade que pode desbloquear avanços em uma série de aplicações, desde eletrônicos vestíveis a sensores.

A equipe publicou detalhes de seu avanço em 20 de abril no jornal Relatórios Científicos .

O método de fabricação em nanoescala dos pesquisadores eleva as abordagens litográficas convencionais - que usam luz e produtos químicos para padronizar transistores flexíveis - superando limitações como difração de luz, imprecisão que leva a curtos-circuitos de diferentes contatos, e a necessidade de fabricar o circuito em várias passagens.

Usando processos de baixa temperatura, Ma, Seo e seus colegas padronizaram o circuito em seu transistor flexível - silício monocristalino, em última análise, colocado em um substrato de tereftalato de polietileno (mais comumente conhecido como PET) - com base em um substrato simples, processo de baixo custo denominado litografia de nanoimpressão.

Em um método chamado doping seletivo, pesquisadores introduzem impurezas em materiais em locais precisos para melhorar suas propriedades - neste caso, condutividade elétrica. Mas às vezes o dopante se funde em áreas do material que não deveria, causando o que é conhecido como efeito de canal curto. Contudo, os pesquisadores da UW-Madison adotaram uma abordagem não convencional:eles cobriram seu único silício cristalino com um dopante, em vez de dopá-lo seletivamente.

Então, eles adicionaram um material sensível à luz, ou camada fotorresiste, e usou uma técnica chamada litografia de feixe de elétrons - que usa um feixe de elétrons focado para criar formas tão estreitas quanto 10 nanômetros de largura - no fotorresiste para criar um molde reutilizável dos padrões em nanoescala que eles desejavam. Eles aplicaram o molde em um ultrafino, membrana de silício muito flexível para criar um padrão fotoresiste. Em seguida, eles terminaram com um processo de gravação a seco - essencialmente, uma faca em nanoescala - que corta com precisão, trincheiras em escala nanométrica no silício seguindo os padrões do molde, e acrescentou portões largos, que funcionam como interruptores, no topo das trincheiras.

Com um único, padrão tridimensional de fluxo de corrente, o transistor de alto desempenho consome menos energia e opera com mais eficiência. E porque o método dos pesquisadores lhes permite cortar valas muito mais estreitas do que os processos de fabricação convencionais podem, também poderia permitir aos fabricantes de semicondutores inserir um número ainda maior de transistores em um dispositivo eletrônico.

Em última análise, diz Ma, porque o molde pode ser reutilizado, o método pode ser facilmente escalado para uso em uma tecnologia chamada processamento roll-to-roll (pense em um gigante, rolo estampado movendo-se através de folhas de plástico do tamanho de uma mesa), e isso permitiria aos fabricantes de semicondutores repetir seu padrão e fabricar em massa muitos dispositivos em um rolo de plástico flexível.

"A litografia de nanoimpressão aborda futuras aplicações para eletrônicos flexíveis, "diz Ma, cujo trabalho foi apoiado pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea. "Não queremos torná-los do jeito que a indústria de semicondutores faz agora. Nosso passo, que é mais importante para a impressão rolo a rolo, está pronto."