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Os chips tradicionais, também conhecidos como circuitos integrados, apresentam estruturas complexas e interconectadas em um substrato de pastilha de silício.
Transistores dentro dos chips regulam a corrente, enquanto camadas dielétricas feitas de materiais isolantes isolam as várias camadas condutoras para evitar vazamento de corrente.
Camadas dielétricas também atuam como barreiras térmicas, ajudando a gerenciar a distribuição de calor dentro do chip.
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À medida que a tecnologia de chips avançou, o número de transistores nos chips aumentou e seu arranjo se tornou mais compacto.
Essa evolução levou a maiores demandas por materiais isolantes, especialmente porque os materiais do substrato se tornaram mais finos e quase bidimensionais.
Materiais isolantes tradicionais tendem a se tornar menos eficazes quando reduzidos a espessuras nanométricas, resultando em maior consumo de energia e produção de calor, o que pode afetar a estabilidade e a vida útil de um dispositivo.
Para resolver esse problema, uma equipe de pesquisa liderada por Di e Tian Ziao — ambos do Laboratório Estatal de Materiais para Circuitos Integrados do Instituto de Microssistemas e Tecnologia da Informação de Xangai, da Academia Chinesa de Ciências (CAS) — desenvolveu uma camada dielétrica feita de uma película de safira.
A equipe desenvolveu uma pastilha de alumínio monocristalino e então inseriu átomos de oxigênio em temperatura ambiente para formar um óxido de alumínio monocristalino com apenas 1,25 nanômetros de espessura – uma camada muito fina de safira artificial.
“Embora seja sintetizado artificialmente, este filme ostenta uma estrutura cristalina e propriedades isolantes comparáveis à safira, uma pedra preciosa natural”, disse Tian em uma declaração no site do CAS.
O filme de safira foi então combinado com uma película bidimensional substrato de dissulfeto de molibdênio – substituindo o silício – para criar conjuntos de transistores de baixa potência.
O resultado apontou para um circuito integrado de maior desempenho.
“Esses conjuntos atenderam aos padrões do Roteiro Internacional para Dispositivos e Sistemas para futuros chips de baixo consumo de energia, mostrando melhorias significativas em resistência e eficiência operacional – estabelecendo uma base para dispositivos eletrônicos de alto desempenho”, disse Di, segundo a declaração da CAS.
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Os pesquisadores disseram que a simplicidade do método significava que ele poderia ser facilmente escalado para níveis de produção industrial. A técnica de fabricação e as características do material do filme de safira também eram compatíveis com os processos existentes baseados em silício.
De acordo com o artigo, a equipe demonstrou excelente reprodutibilidade de processamento e uniformidade do filme em um lote de 100 dispositivos.
Os pesquisadores disseram que foi um grande passo em direção à aplicação de materiais semicondutores bidimensionais em ambientes industriais.
A emissora estatal CCTV relatou: “Este avanço não só tem implicações substanciais para estender a vida útil da bateria do smartphone, mas também apoia o desenvolvimento de chips de baixo consumo para inteligência artificial e a Internet das Coisas.”
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