Cientistas da Universidade de Warwick e do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá relataram que a maior “mobilidade de buraco” já medida em um material que funciona na atual fabricação de semicondutores à base de silício.
O silício (Si) constitui a base da maioria dos dispositivos semicondutores modernos, mas à medida que os componentes são compactados e agrupados mais próximos, eles geram mais calor e se aproximam dos limites fundamentais de desempenho. O germânio (Ge), que apareceu em alguns transistores já na década de 1950, está gerando interesse renovado à medida que os pesquisadores encontram maneiras de aproveitar suas propriedades elétricas superiores, mantendo ao mesmo tempo as vantagens dos métodos estabelecidos de fabricação de silício.
Avanços em novos materiais usando germânio tenso em silício
Em um estudo publicado pelo Dr. materiais hojeUma equipe liderada pelo Dr. Maksim Myronov, da Universidade de Warwick, demonstrou um grande avanço para a eletrônica da próxima geração. Os pesquisadores fabricaram uma epicamada de germânio com espessura nanométrica em silício que foi colocada sob tensão compressiva. Esta estrutura projetada permite que a carga elétrica se mova mais rapidamente do que os materiais compatíveis com silício anteriormente conhecidos.
Maksim Myronov, professor associado e líder do Grupo de Pesquisa de Semicondutores, Departamento de Física da Universidade de Warwick, explica: “Os semicondutores tradicionais de alta mobilidade, como o arsenieto de gálio (GaAs), são muito caros e impossíveis de integrar na produção convencional de silício. Os materiais quânticos (cs-GoS) combinam mobilidade líder mundial com escalabilidade industrial – quântica prática e clássica. Um passo fundamental em direção a circuitos integrados em grande escala. “
Como a equipe alcançou mobilidade ultra-alta
Os pesquisadores criaram o material inovador cultivando uma fina camada de germânio em uma pastilha de silício e, em seguida, aplicando uma quantidade precisa de tensão compressiva. Isso criou uma estrutura cristalina excepcionalmente pura e ordenada que permite a passagem de cargas elétricas com resistência mínima.
Durante os testes, o material atingiu uma mobilidade de furo de 7,15 milhões de centímetros2 por volt-segundo (em comparação com ~450 cm2 no silício industrial), um resultado sem precedentes indicando que elétrons e buracos podem passar através dele com muito mais facilidade do que no silício convencional. Essas melhorias poderiam levar a dispositivos eletrônicos que operam mais rapidamente e consomem menos energia.
Implicações para a futura eletrônica e tecnologia quântica
“Isso estabelece um novo padrão para o transporte de carga em semicondutores do Grupo IV – materiais no coração da indústria eletrônica global. Isso abre a porta para dispositivos eletrônicos e quânticos mais rápidos e mais eficientes em termos energéticos, totalmente compatíveis com as tecnologias existentes”, disse o Dr. Sergey Studenikin, Diretor Principal de Pesquisa do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá.
Os resultados estabelecem um novo caminho promissor para dispositivos semicondutores ultrarrápidos e de baixo consumo de energia. Os usos potenciais incluem sistemas de informação quântica, spin qubits, controladores criogênicos para processadores quânticos, aceleradores de IA e servidores com eficiência energética projetados para reduzir as demandas de resfriamento em data centers.
Esta conquista representa uma conquista significativa para o grupo de pesquisa de semicondutores de Warwick e destaca a crescente influência do Reino Unido na pesquisa de materiais semicondutores avançados.
