p Por mais de uma década, os engenheiros estão de olho na linha de chegada na corrida para diminuir o tamanho dos componentes dos circuitos integrados. Eles sabiam que as leis da física estabeleceram um limite de 5 nanômetros para o tamanho das portas do transistor entre os semicondutores convencionais, cerca de um quarto do tamanho dos transistores high-end de porta de 20 nanômetros atualmente no mercado. p Algumas leis são feitas para serem quebradas, ou pelo menos desafiado.

p Uma equipe de pesquisa liderada pelo cientista Ali Javey no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) fez exatamente isso criando um transistor com uma porta funcional de 1 nanômetro. Para comparação, uma mecha de cabelo humano tem cerca de 50, 000 nanômetros de espessura.

p "Fizemos o menor transistor relatado até hoje, "disse Javey, um investigador principal do programa de Materiais Eletrônicos na Divisão de Ciência de Materiais do Berkeley Lab. "O comprimento da porta é considerado uma dimensão definidora do transistor. Demonstramos um transistor de porta de 1 nanômetro, mostrando que com a escolha de materiais adequados, há muito mais espaço para encolher nossos eletrônicos. "

p A chave era usar nanotubos de carbono e dissulfeto de molibdênio (MoS ₂ ), um lubrificante de motor comumente vendido em lojas de peças automotivas. MoS ₂ faz parte de uma família de materiais com imenso potencial para aplicações em LEDs, lasers, transistores em nanoescala, células solares, e mais.

p As descobertas aparecerão na edição de 7 de outubro da revista Ciência . Outros investigadores neste artigo incluem Jeff Bokor, cientista sênior do corpo docente do Berkeley Lab e professor da UC Berkeley; Chenming Hu, professor da UC Berkeley; Moon Kim, professor da Universidade do Texas em Dallas; e H.S. Philip Wong, professor da Universidade de Stanford.

p O desenvolvimento pode ser a chave para manter viva a previsão do cofundador da Intel, Gordon Moore, de que a densidade dos transistores em circuitos integrados dobraria a cada dois anos, permitindo o aumento do desempenho de nossos laptops, celulares, televisores, e outros eletrônicos.

p "A indústria de semicondutores há muito presumia que qualquer porta abaixo de 5 nanômetros não funcionaria, então qualquer coisa abaixo disso nem mesmo foi considerada, "disse o autor principal do estudo, Sujay Desai, um estudante de pós-graduação no laboratório de Javey. "Esta pesquisa mostra que portas com menos de 5 nanômetros não devem ser descontadas. A indústria tem extraído cada pedaço de capacidade do silício. Ao mudar o material de silício para MoS2, podemos fazer um transistor com uma porta que tem apenas 1 nanômetro de comprimento, e operá-lo como um interruptor. "

p Quando 'os elétrons estão fora de controle'

p Os transistores consistem em três terminais:uma fonte, Um dreno, e um portão. A corrente flui da fonte para o dreno, e esse fluxo é controlado pelo portão, que liga e desliga em resposta à tensão aplicada.

p Tanto o silício quanto o MoS2 têm uma estrutura de rede cristalina, mas os elétrons que fluem através do silício são mais leves e encontram menos resistência em comparação com o MoS2. Isso é uma vantagem quando o portão tem 5 nanômetros ou mais. Mas abaixo desse comprimento, um fenômeno de mecânica quântica chamado tunelamento entra em ação, e a barreira do portão não é mais capaz de impedir que os elétrons se propaguem da fonte para os terminais de drenagem.

p "Isso significa que não podemos desligar os transistores, "disse Desai." Os elétrons estão fora de controle.

p Porque os elétrons fluindo através do MoS ₂ são mais pesados, seu fluxo pode ser controlado com comprimentos de portão menores. MoS ₂ também pode ser reduzido para folhas atomicamente finas, cerca de 0,65 nanômetros de espessura, com uma constante dielétrica mais baixa, uma medida que reflete a capacidade de um material de armazenar energia em um campo elétrico. Essas duas propriedades, além da massa do elétron, ajudam a melhorar o controle do fluxo de corrente dentro do transistor quando o comprimento da porta é reduzido para 1 nanômetro.

p Uma vez que eles se estabeleceram no MoS ₂ como o material semicondutor, era hora de construir o portão. Fazendo uma estrutura de 1 nanômetro, acontece que, não é pouca coisa. As técnicas convencionais de litografia não funcionam bem nessa escala, então os pesquisadores se voltaram para os nanotubos de carbono, tubos cilíndricos ocos com diâmetros tão pequenos quanto 1 nanômetro.

p Eles então mediram as propriedades elétricas dos dispositivos para mostrar que o transistor MoS2 com a porta do nanotubo de carbono controlava efetivamente o fluxo de elétrons.

p "Este trabalho demonstrou o transistor mais curto de todos os tempos, "disse Javey, que também é professor de engenharia elétrica e ciências da computação da UC Berkeley. "Contudo, é uma prova de conceito. Ainda não empacotamos esses transistores em um chip, e não fizemos isso bilhões de vezes. Também não desenvolvemos esquemas de fabricação autoalinhados para reduzir as resistências parasitas no dispositivo. Mas este trabalho é importante para mostrar que não estamos mais limitados a uma porta de 5 nanômetros para nossos transistores. A Lei de Moore pode continuar um pouco mais por meio da engenharia adequada do material semicondutor e da arquitetura do dispositivo. "