Cientistas criam diodo de silício

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/10/2003

Pesquisadores da Universidade de Ohio (Estados Unidos) criaram um novo diodo, capaz de transmitir mais eletricidade que qualquer outro componente do seu tipo e que pode ser construído diretamente sobre um chip normal de silício. O diodo é um semicondutor que transmite energia apenas em um sentido e é um dos principais elementos de todos os circuitos eletrônicos. O próprio transístor funciona com base no princípio do diodo. A pesquisa será publicada no jornal científico Applied Physics Letters.

Ao contrário de outros diodos de sua classe, chamados de diodos de efeito túnel, o novo diodo é compatível com o silício, a matéria-prima básica dos chips. Desta forma é possível construí-lo diretamente nos circuitos eletrônicos. A possibilidade de incorporação dos diodos túnel diretamente na matriz dos chips deverá representar um elemento importante na diminuição dos custos e na miniaturização dos circuitos letrônicos. Além disso, os diodos túnel conseguem, sozinhos, substituir uma quantidade significativa de elementos de um circuito, o que deverá contribuir também para a simplificação dos projetos dos chips, sem queda no seu desempenho.

Segundo Paul R. Berger, cientista que coordenou o trabalho, a capacidade do diodo túnel operar em condições de baixa tensão torna-o ideal para equipar aparelhos que geram sinais de rádio-freqüência, como telefones celulares e telefones sem fio. A pesquisa contou ainda com a participação de pesquisadores da Universidade da Califórnia e do Laboratório de Pesquisas Navais dos Estados Unidos.

O novo diodo consegue conduzir 150.000 Ampéres por centímetro quadrado de silício, cerca de três vezes mais do que um componente tradicional. Os diodos túnel recebem esse nome porque eles exploram um efeito da mecânica quântica conhecido como tunelamento, o qual faz com que os elétrons passem livremente através de barreiras em seu caminho. O primeiro diodo túnel foi construído em 1960, rendendo o Prêmio Nobel de Física a Leo Esaki, em 1973.

Desde então, no esforço para construir diodos mais potentes, os cientistas têm utilizado materiais exóticos, os quais não são compatíveis com o silício, mas resultam em propriedades que não se atinge com o silício. A maioria dos diodos túnel modernos são do tipo intrabanda, recebendo esse nome por restringir os movimentos dos elétrons a apenas um nível, ou banda, de energia dentro de um cristal semicondutor.

Para desenvolver o novo diodo, porém, os cientistas voltaram ao desenho original do diodo do Dr. Esaki, de 1960. Esse primeiro diodo era do tipo interbanda, permitindo que os elétrons se movimentassem entre as diferentes bandas de energia.

Para construir o novo diodo interbanda de alta potência, a equipe de pesquisadores teve que desenvolver uma nova técnica para criar estruturas de silício que contenham quantidades muito grandes de outros elementos químicos, ou dopantes, tais como o boro e o fósforo.

Eles empilharam silício e silício-germânio em uma estrutura que mede poucos nanômetros de altura. Então os cientistas descobriram que, ao alterar a espessura de uma camada central de espaçamento, onde os elétrons sofrem o processo de tunelamento, eles poderiam ajustar a quantidade de corrente que passa através do material. A estrutura teve também que ser desenhada de forma a impedir que o boro e o fósforo se misturassem.