Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah (KAUST), em colaboração com a Universidade de Soochow e outras instituições globais, desenvolveram uma abordagem inovadora para a fabricação de transistores de alto desempenho com base em semicondutores bidimensionais (2D). Esses materiais 2D possuem propriedades optoeletrônicas únicas que podem revolucionar a criação de componentes eletrônicos ultrafinos e ajustáveis.
Apesar de seu enorme potencial em relação aos semicondutores tradicionais, integrar esses materiais com dielétricos de porta tem se mostrado um grande desafio. Muitas vezes, os transistores sofrem com armadilhas interfaciais que comprometem rapidamente o desempenho. No entanto, os pesquisadores encontraram uma solução promissora: o uso de nitreto de boro hexagonal (h-BN) como dielétrico de porta, combinado com eletrodos metálicos de alta energia coesiva, como platina (Pt) e tungstênio (W).
A Solução Inovadora
Yaqing Shen, primeira autora do artigo publicado na Nature Electronics, explica que a equipe inicialmente descobriu que a pilha de h-BN com Pt como ânodo era menos propensa à quebra dielétrica. A partir dessa descoberta, projetaram experimentos que mostraram que essas pilhas de porta Pt/h-BN apresentavam uma corrente de fuga 500 vezes menor que as pilhas Au/h-BN (com ouro), além de uma resistência dielétrica de pelo menos 25 MV/cm.
Com isso, a equipe fabricou mais de 1.000 dispositivos utilizando h-BN depositado por vapor químico (CVD) como dielétrico, demonstrando que esses materiais 2D são altamente eficazes quando usados com metais de alta energia coesiva. Os transistores com estrutura vertical Pt/h-BN/MoS2, por exemplo, exibiram maior confiabilidade e desempenho, com menos defeitos e melhor controle da porta.
Impacto no Desempenho dos Transistores
A pesquisa revelou que, ao contrário da crença de que o h-BN CVD seria um dielétrico fraco, a seleção dos eletrodos de metal corretos permite seu uso eficaz em transistores de efeito de campo com canais de MoS2. O resultado foi a redução significativa da corrente de fuga e uma resistência dielétrica impressionante, que pode abrir portas para novos desenvolvimentos na fabricação de circuitos microeletrônicos.
Esses avanços podem facilitar o uso de materiais 2D na criação de dispositivos eletrônicos confiáveis e eficientes, com aplicações potenciais em uma vasta gama de tecnologias de estado sólido.
Próximos Passos: Miniaturização e Melhor Desempenho
O próximo objetivo da equipe é desenvolver transistores totalmente bidimensionais em escala nanométrica, ajudando a estender a Lei de Moore e resolver problemas de contato entre canais 2D e eletrodos para melhorar ainda mais o desempenho dos dispositivos.
A pesquisa promete impactar o futuro da eletrônica, com potencial para criar transistores menores, mais eficientes e de alto desempenho, pavimentando o caminho para novas inovações na tecnologia de semicondutores.
