Pesquisadores desenvolvem o primeiro semicondutor funcional de grafeno do mundo

Isso significa que, após 10 anos de pesquisa, os pesquisadores afirmam ter finalmente criado o primeiro semicondutor funcional do mundo baseado em grafeno. Isso provará ajudar a computação quântica e convencional e manter viva a Lei de Moore.

De acordo com Walt de Heer, professor do Departamento de Física do Georgia Institute of Technology, os elétrons se movem 10 vezes mais rápido que os transistores de silício tradicionais. Essa melhoria exponencial significa que é possível que chips que utilizam grafeno atinjam ciclos na faixa dos terahertz.

O processo de produção de grafeno tem meio século. Primeiro, dois chips de carboneto de silício são empilhados em um cadinho de grafite e depois colocados em um tubo de quartzo de argônio envolto em um tubo de cobre. Uma corrente de alta frequência passa através da bobina de cobre e o cadinho de grafite é aquecido a 1000°C por indução durante cerca de uma hora.

Depois que o silício na superfície do chip de carboneto de silício evapora, ele é substituído por carbono, formando uma camada de grafeno bidimensional (átomo único). Os wafers produzidos são de carga neutra, portanto são imediatamente dopados com oxigênio quando removidos do tubo. Eles então produziram epigrafeno em um substrato de carboneto de silício aquecendo o grafeno a 200°C no vácuo para liberar a dopagem de oxigênio. Segundo deHeer, o custo desse processo é relativamente baixo.

“O chip (de carboneto de silício) que usamos custa cerca de US$ 10, o cadinho custa cerca de US$ 1 e o tubo de quartzo custa cerca de US$ 10”, explicou o professor ao IEEESpectrum.

Desde 2008, os cientistas produzem grafeno semicondutor aquecendo carboneto de silício no vácuo. No entanto, falta-lhe um bandgap mensurável, de modo que o transistor não pode ligar e desligar. O método modificado de DeHeer e sua equipe elimina esse problema.

Os métodos anteriores de criação de band gaps consistiam em modificar substratos com nanofitas ou nanotubos de grafeno. Nenhum desses métodos teve sucesso porque exigem alta precisão na deposição de nanofitas de grafeno em um substrato.

"Houve alguns sucessos com nanofitas de grafeno, mas em princípio esta tecnologia é muito semelhante à tecnologia de nanotubos de carbono semicondutores, que ainda não teve sucesso após 30 anos de pesquisa em nanotubos", disse deHeer.

Os pesquisadores tiveram algum sucesso na criação de band gaps ao deformar (enrugar) o grafeno. No entanto, este método produz um band gap de apenas 0,2 elétron-volts, que deHeer acredita ser pequeno demais para ser prático. Em comparação, o silício tem um band gap de 1,12 elétron-volts. O método da Georgia Tech produz um band gap de 0,6 elétron-volts, o suficiente para permitir a comutação lógica em temperaturas mais baixas.