p Lei de Moore, a famosa previsão de que o número de transistores que podem ser colocados em um microchip dobrará a cada dois anos, tem esbarrado em limites físicos básicos. Esses limites podem interromper décadas de progresso, a menos que novas abordagens sejam encontradas. p Uma nova direção que está sendo explorada é o uso de materiais atomicamente finos em vez de silício como base para novos transistores, mas conectar esses materiais "2D" a outros componentes eletrônicos convencionais provou ser difícil.

p Agora, pesquisadores do MIT, a Universidade da Califórnia em Berkeley, a Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, e em outros lugares encontraram uma nova maneira de fazer essas conexões elétricas, o que poderia ajudar a liberar o potencial dos materiais 2D e promover a miniaturização de componentes - possivelmente o suficiente para estender a Lei de Moore, pelo menos no futuro próximo, dizem os pesquisadores.

p Os resultados são descritos esta semana na revista Nature, em um artigo de Pin-Chun Shen Ph.D. recém-graduados do MIT '20 e Cong Su Ph.D. '20, pós-doutorado Yuxuan Lin Ph.D. 19, Professores do MIT Jing Kong, Tomas Palacios, e Ju Li, e 17 outros no MIT, UC Berkeley, e outras instituições.

p "Resolvemos um dos maiores problemas na miniaturização de dispositivos semicondutores, a resistência de contato entre um eletrodo de metal e um material semicondutor de monocamada, "diz Su, que está agora na UC Berkeley. A solução provou ser simples:o uso de um semimetal, o elemento bismuto, para tomar o lugar de metais comuns para se conectar com o material de monocamada.

p Esses materiais de monocamada ultrafinos, neste caso, dissulfeto de molibdênio, são vistos como um grande competidor para contornar os limites de miniaturização agora encontrados pela tecnologia de transistor à base de silício. Mas criando um eficiente, interface altamente condutora entre tais materiais e condutores de metal, para conectá-los uns aos outros e a outros dispositivos e fontes de energia, foi um desafio que impediu o progresso em direção a essas soluções, Su diz.

p A interface entre metais e materiais semicondutores (incluindo esses semicondutores de monocamada) produz um fenômeno chamado estado de lacuna induzido por metal, o que leva à formação de uma barreira Schottky, um fenômeno que inibe o fluxo de portadores de carga. O uso de um semimetal, cujas propriedades eletrônicas se situam entre as de metais e semicondutores, combinado com o alinhamento de energia adequado entre os dois materiais, acabou por eliminar o problema.

p Lin explica que o rápido ritmo de miniaturização dos transistores que compõem os processadores e chips de memória dos computadores estagnou antes, por volta de 2000, até que um novo desenvolvimento que permitia uma arquitetura tridimensional de dispositivos semicondutores em um chip quebrou o impasse em 2007 e o rápido progresso foi retomado. Mas agora, ele diz, "achamos que estamos à beira de outro gargalo."

p Os chamados materiais bidimensionais, folhas finas com apenas um ou alguns átomos de espessura, atender a todos os requisitos para permitir um salto adicional na miniaturização de transistores, potencialmente reduzindo em várias vezes um parâmetro-chave chamado comprimento do canal - de cerca de 5 a 10 nanômetros, em chips de ponta atuais, a uma escala subnanométrica. Uma variedade de tais materiais está sendo amplamente explorada, incluindo uma família inteira de compostos conhecidos como dichalcogenetos de metais de transição. O dissulfeto de molibdênio usado nos novos experimentos pertence a esta família.

p A questão de conseguir um contato de metal de baixa resistência com tais materiais também tem dificultado a pesquisa básica sobre a física desses novos materiais de monocamada. Como os métodos de conexão existentes têm alta resistência, os minúsculos sinais necessários para monitorar o comportamento dos elétrons no material são muito fracos para serem transmitidos. "Existem inúmeros exemplos vindos do lado da física que exigem uma resistência de baixo contato entre o metal e um semicondutor. é um grande problema no mundo da física também, "Su diz.

p Descobrir como escalar e integrar esses sistemas em um nível comercial pode levar algum tempo e exigir mais engenharia. Mas para tais aplicações de física, os pesquisadores dizem, o impacto das novas descobertas pôde ser sentido rapidamente. "Eu acho que em física, muitos experimentos podem se beneficiar desta tecnologia imediatamente, "Su diz.

p Enquanto isso, os pesquisadores continuam a explorar mais, continuando a reduzir o tamanho de seus dispositivos e procurando outros pares de materiais que possam permitir melhores contatos elétricos para o outro tipo de portadores de carga, conhecidos como buracos. Eles resolveram o problema do chamado transistor tipo N, mas se eles puderem encontrar uma combinação de canal e material de contato elétrico para permitir um transistor de tipo P de monocamada eficiente também, isso abriria muitas novas possibilidades para chips de próxima geração, eles dizem. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.