Transístor balístico poderá operar na faixa dos terahertz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/08/2006

No princípio eram os relés eletromecânicos, depois vieram as válvulas eletrônicas e, a seguir, os transistores e toda a revolução da microeletrônica.

Agora, um estudante da Universidade de Rochester, Estados Unidos, lançou um novo conceito de transístor que poderá estabelecer um novo paradigma na eletrônica.

Em vez de fazer os elétrons fluírem através de um transístor, como uma corrente de água que passa através de um cano, a idéia do estudante Quentin Diduck é arremessar os elétrons de um ponto a outro como uma bola de bilhar, no que ele chamou de "Transístor de Deflexão Balística."

Os transistores atuais já começam a ter sua velocidade limitada pela excessiva geração de calor nos chips, que acontece principalmente em razão dos elétrons que "vazam" da estrutura dos transistores. Os avanços tecnológicos continuam, inclusive com transistores capazes de funcionar com um único elétron.

Mas a proposta de Diduck é radical: em vez de utilizar energia para forçar os elétrons através das portas dos transistores, o transístor balístico usa a inércia. Um chip construído com transistores assim deverá consumir um nível muito baixo de energia, já que a inércia fará "de graça" o trabalho que hoje consome energia.

Mas há outras vantagens nesse design. A mais importante será a queda dramática na geração de calor, além da alta resistência aos ruídos eletromagnéticos normalmente encontrados no interior dos circuitos eletrônicos. E, segundo o cálculos dos pesquisadores, o transístor balístico poderá ser construído com a tecnologia atual dos semicondutores.

"Nós estamos falando sobre velocidades de chip medidas em terahertz, mil vezes mais rápido do que os transistores dos computadores atuais," diz Diduck. "Nós vamos ter que descobrir até como testá-lo, porque ainda não existe um osciloscópio na faixa dos terahertz," diz ele, mostrando os desafios que deverão ser vencidos para a construção do protótipo do novo transístor.

A primeira etapa foi vencida: o projeto foi avaliado como viável e recebeu mais de US$1 milhão só para a construção do primeiro exemplar do transístor balístico.

A ciência por trás do transístor balístico

O transístor de deflexão balística (BDT: "Ballistic Deflection Transistor") deverá produzir menos calor e funcionar mais rapidamente do que os transistores atuais porque ele não movimenta e pára o fluxo de elétrons, como feito hoje.

O funcionamento do novo transístor pode ser comparado à interseção entre duas avenidas; só que, no meio do cruzamento, há um bloco triangular. Vindo do "sul", um elétron tem sua trajetória desviada por um campo elétrico, que o empurra para o leste ou para o oeste.

Quando o elétron atinge o meio da interseção, ele bate em um dos lados do triângulo e já sai direto pela outra avenida, no sentido leste ou oeste, dependendo da atuação do campo elétrico. Se ele viajar para o leste, por exemplo, será contado como um 0 binário; se viajar para o oeste, será contado como um 1 binário.

Um transístor tradicional registra um 1 como uma coleção de elétrons em um capacitor, e um zero como a ausência desses elétrons. Movimentar os elétrons para dentro e para fora do capacitor é como encher e esvaziar um balde com água. O problema é que encher e esvaziar o capacitor leva tempo, o que limita a velocidade máxima do transístor. E a retirada dos elétrons gera um bocado de calor.

O que permitirá a deflexão dos elétrons no interior do transístor balístico é um material conhecido como gás bidimensional de elétrons, ou 2DEG ("Two-dimensional Electron Gas"). Essa película de material semicondutor permite que os elétrons viajem sem atingir impurezas, o que poderia prejudicar o desempenho do transístor.

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