Um material da década de 1950 acaba de estabelecer um recorde moderno para chips ultrarrápidos

O silício (Si) constitui a base da maioria dos dispositivos semicondutores modernos, mas à medida que os componentes encolhem e ficam mais próximos uns dos outros, eles geram mais calor e se aproximam dos limites fundamentais de desempenho. O germânio (Ge), que apareceu em alguns dos primeiros transistores da década de 1950, está atraindo interesse renovado porque os pesquisadores estão encontrando maneiras de aproveitar suas características elétricas superiores, mantendo ao mesmo tempo os benefícios dos métodos estabelecidos de produção de silício.

Novo avanço em material usando germânio tenso em silício

Em um estudo publicado em Materiais hojeuma equipe liderada pelo Dr. Maksym Myronov da Universidade de Warwick demonstrou um grande avanço para a eletrônica de próxima geração. Os pesquisadores criaram uma epicamada de germânio com espessura nanométrica sobre silício que é colocada sob tensão compressiva. Esta estrutura projetada permite que a carga elétrica se mova mais rapidamente do que em qualquer material compatível com silício anteriormente conhecido.

Maksym 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 com a fabricação de silício convencional. Nosso novo material quântico de germânio sobre silício (cs-GoS) tensionado compressivamente combina mobilidade líder mundial com escalabilidade industrial – um passo fundamental em direção à integração quântica prática e clássica em grande escala circuitos.”

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 produziu uma estrutura cristalina excepcionalmente pura e ordenada que permite a passagem de carga elétrica com resistência mínima.

Quando testado, o material atingiu mobilidade de furo de 7,15 milhões de cm² por volt-segundo (em comparação com ~450 cm² no silício industrial), um resultado sem precedentes que indica que elétrons e buracos podem viajar através dele com muito mais facilidade do que através do silício convencional. Essa melhoria poderia levar a dispositivos eletrônicos que operam mais rapidamente e consomem menos energia.

Implicações para futuras tecnologias eletrônicas e quânticas

Sergei Studenikin, diretor de pesquisa do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá, afirma: “Isso estabelece um novo padrão para o transporte de carga em semicondutores do grupo IV – os materiais no coração da indústria eletrônica global. Isso abre a porta para dispositivos eletrônicos e dispositivos quânticos mais rápidos e eficientes em termos energéticos, totalmente compatíveis com a tecnologia de silício existente.”

As descobertas estabelecem um novo caminho promissor para componentes 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 também 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.