Copiar e colar chega ao mundo real, reproduzindo semicondutores vontade

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 25/08/2023

Epitaxia remota

A to popular tcnica do copiar e colar, que at hoje s funcionava nos softwares, comeou a funcionar na fabricao do prprio hardware dos computadores, e poder avanar em vrias outras frentes.

Uma das tcnicas mais usadas na fabricao de chips chama-se epitaxia, essencialmente um mtodo de deposio de uma pelcula de um material cristalino sobre um substrato de outro material cristalino. Essa pelcula chamada de pelcula epitaxial, ou camada epitaxial – o termo vem dos termos gregos epi, que significa “acima”, e taxis, que significa “de maneira ordenada”.

Em 2017, o professor Jihwan Kim, do MIT, props um conceito de “epitaxia remota”, que permitiria colocar um material bidimensional, ou monoatmico (como o grafeno), sobre uma pastilha (de silcio, por exemplo) e cultivar um semicondutor em cima daquele material monoatmico. Isto torna possvel obter um material semicondutor de alta qualidade, na forma de um filme fino, que “copia” as caractersticas exatas da pastilha. Ento, s “descascar” o semicondutor, separando-o da pastilha, e coloc-lo no chip.

Ento, teoricamente, s ir repetindo indefinidamente esse processo para que a pastilha seja reutilizada vezes sem conta, literalmente copiando e colando os componentes semicondutores.

Agora, pesquisadores do Instituto de Cincia e Tecnologia de Gwangju, na Coreia do Sul, conseguiram pela primeira vez viabilizar esse copiar e colar do mundo real.

Como os semicondutores so fabricados

A estrutura de um semicondutor consiste em grande parte de uma pastilha (wafer) e um material semicondutor, assim como se constri um edifcio (material semicondutor) sobre uma fundao (pastilha). Para construir bons “edifcios semicondutores”, voc precisa de silcio e de carboneto de silcio, enquanto a fundao feita de safira ou materiais similares. Os semicondutores so feitos nessas pastilhas pela tecnologia epitaxial, que desenvolve filmes finos do mesmo material ou de materiais semelhantes em formas altamente ordenadas.

No entanto, com a tecnologia de epitaxia atual, so necessrias cerca de 1.000 vezes uma pastilha de 1 milmetro de espessura para obter um material semicondutor com espessura de cerca de 1 micrmetro. Isso porque muito difcil – tanto em termos de tecnologia quanto de custos – remover apenas os materiais semicondutores que sero realmente usados.

a que entra a epitaxia remota, que se baseia no princpio de que as caractersticas eltricas da superfcie da pastilha penetram no filme de grafeno e, como o material semicondutor no est diretamente ligado pastilha, pode ser possvel separar apenas o material semicondutor.

Nesta primeira demonstrao, a equipe centrou seus esforos nos semicondutores de nitreto de glio (GaN), que so amplamente utilizados em telas de LED e em carregadores de veculos eltricos, por uma questo muito simples: Eles so muito caros. Para produzir esses componentes em sua eficincia mxima, melhor usar pastilhas tambm de nitreto de glio, s que elas so cerca de 100 vezes mais caras do que as pastilhas de safira – por uma questo de custos, hoje se utiliza pastilhas de safira, sacrificando a qualidade dos componentes.

Copiar e colar no mundo real

O primeiro desafio para viabilizar a epitaxia remota foi lidar com as condies de crescimento de alta temperatura usadas pela indstria microeletrnica. A tcnica mais comum, chamada “deposio de vapor qumico orgnico de metal”, era considerada incompatvel com a epitaxia remota porque as altas temperaturas destroem no apenas o filme de grafeno, mas tambm a prpria pastilha de nitreto de glio.

A equipe coreana resolveu isto introduzindo uma camada de nitreto de alumnio (AlN) com caractersticas semelhantes s do nitreto de glio. Foi o suficiente para que toda a estrutura sobrevivesse ao mtodo padro da indstria.

Isto viabiliza a produo de semicondutores de nitreto de glio altamente cristalinos e caros, em plantas industriais existentes, por meio da to esperada epitaxia remota, o copiar e colar dos componentes semicondutores. E tudo a um preo muito baixo e gerando componentes de qualidade superior aos atuais.

Alm disso, como apenas semicondutores desenvolvidos na forma de um filme fino podem ser removidos e usados, vrios semicondutores com vrias funes podem ser empilhados no mesmo espao.

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