A teoria estava errada: os transistores podem encolher

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/05/2009

Os marcapassos estão entre os dispositivos de baixo consumo de energia que poderão ser beneficiados com a descoberta de uma falha na teoria que explicaria o ruído nos transistores.
[Imagem: NIST]

Pesquisadores descobriram uma falha na teoria utilizada para explicar o "ruído eletrônico", um fenômeno que afeta o funcionamento dos transistores, os blocos básicos com que são construídos todos os chips.

Esse ruído era usado para explicar porque os transistores não podem ser miniaturizados além de um certo limite porque seu funcionamento começa a ser errático. Em um processador digital, um transístor funciona essencialmente como uma chave. Acontece que, abaixo de determinadas dimensões, essa chave começa a pular aleatoriamente entre os estados ligado e desligado.

Se a teoria estava errada, o entendimento correto do fenômeno poderá permitir a criação de transistores menores, mais eficientes e com menor consumo de energia do que se acredita ser possível até agora.

Modelo de Tunelamento Elástico

Há décadas, os engenheiros se baseiam nesse modelo teórico, conhecido como Modelo de Tunelamento Elástico, para identificar as falhas nos transistores e tentar descobrir formas de evitá-las.

Um transistor é fabricado com materiais extremamente puros - mesmo as "impurezas" adicionadas a eles, os chamados materiais dopantes, devem estar isentos de substâncias estranhas. Quaisquer falhas nesses materiais funcionam como as rochas no leito de um rio, desviando o fluxo de eletricidade e fazendo com que o transistor fique chaveando entre os modos ligado e desligado de forma aleatória.

Agora, pesquisadores do instituto NIST, dos Estados Unidos, descobriram que a teoria que explica as flutuações no comportamento do transistor, causadas por esse ruído eletrônico, não condizem com os fatos.

A teoria está errada

A teoria prediz que, à medida que os transistores diminuem de tamanho, as flutuações do funcionamento do transistor deveriam ter sua frequência aumentada. Os pesquisadores então foram estudando o efeito em transistores cada vez menores, até descobrir que, quando o transistor alcança a escala dos nanômetros, a frequência das flutuações se estabiliza.

"Isto implica que a teoria que explica o fenômeno deve estar errada. O modelo funcionou adequadamente quando os transistores eram grandes, mas nossas observações indicam claramente que ela é incorreta nos regimes de nanoescala nos quais a indústria está trabalhando hoje," explica o Dr. Jason Campbell.

Os transistores atuais estão sendo fabricados na faixa dos 45 nanômetros e até agora acreditava-se que seus limites físicos seriam atingidos por volta dos 10 nanômetros.

Gargalo nas baixas potências

Contudo, a descoberta não traz apenas boas notícias. Os dados experimentais indicam que as flutuações crescem na razão inversa da potência despendida pelo transístor. A indústria tem pesquisado novas formas de fabricação de transistores que consumam menos energia, principalmente para uso em computadores e outros equipamentos eletrônicos portáteis.

"Este é realmente um gargalo em nosso desenvolvimento de transistores para aplicações de baixa potência," diz Campbell. "Nós teremos que entender o problema antes que possamos corrigi-lo e, de fato, nós não sabemos ainda o que de fato está acontecendo."

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