Transístor inteligente abre nova era na microeletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/12/2021

A maior diferença na arquitetura do transístor inteligente está na adição de uma porta adicional de programação (azul), além da porta tradicional de controle (vermelho).
[Imagem: TU Wien]

Transístor adaptativo

Engenheiros da Universidade de Viena, na Áustria, criaram um transístor adaptativo, que pode ser controlado dinamicamente, em tempo de execução, para executar diferentes tarefas lógicas.

Isso muda fundamentalmente as possibilidades de design de chips e abre oportunidades completamente novas no campo da inteligência artificial, das redes neurais e até mesmo da lógica multibits, que funciona com mais valores do que apenas 0 e 1, aproximando a eletrônica da computação quântica.

Com toda a sua importância para a nossa era tecnológica, o transístor é um componente eletrônico projetado para fazer sempre a mesma coisa.

Um transístor permite que a corrente elétrica flua ou não, dependendo se uma tensão elétrica é aplicada ou não a um eletrodo de controle. Mas "apenas" isso tornou possível construir os circuitos lógicos, as memórias, os processadores, enfim, toda a nossa tecnologia da informação.

Um transístor "inteligente", por sua vez, cujo funcionamento pode ser controlado, promete abrir toda uma nova era de manipulação das informações, com uma flexibilidade para os projetos impensável com a tecnologia de hoje.

Transístor inteligente

A primeira novidade é que o transístor inteligente não é feito de silício, mas de germânio, um semicondutor com propriedades até melhores que o silício, mas mais difícil de trabalhar - recentemente, outra equipe usou o germânio para criar transistores que funcionam como qubits para computadores quânticos.

O modo como a eletricidade é transportada em um transístor depende do material de que ele é feito: Ou há elétrons em movimento livre, que carregam uma carga negativa, ou podem estar faltando elétrons nos átomos, de modo que esse ponto fica com carga positiva, uma "lacuna", que também pode se mover através do material no sentido oposto.

No novo transístor, tanto elétrons quanto lacunas são manipulados simultaneamente.

"Nós conectamos dois eletrodos com um fio extremamente fino feito de germânio, por meio de interfaces extremamente limpas e de alta qualidade. Acima do segmento de germânio, nós colocamos um eletrodo de porta, como os encontrados nos transistores convencionais. O que é decisivo é que nosso transístor possui um outro eletrodo de controle, que é colocado nas interfaces entre o germânio e o metal. Ele pode programar dinamicamente a função do transistor," explicou o professor Masiar Sistani.

Essa arquitetura de duas portas permite controlar separadamente os elétrons (cargas negativas) e as lacunas (cargas positivas).

"Isso [é possível] porque o germânio tem uma estrutura eletrônica muito especial: Quando você aplica tensão, o fluxo de corrente inicialmente aumenta, como seria de se esperar. Após um certo limite, no entanto, o fluxo de corrente diminui novamente - isso é chamado de resistência diferencial negativa. Com a ajuda do eletrodo de controle, nós podemos modular a tensão em que esse limite se encontra. Isso resulta em novos graus de liberdade que podemos usar para dar ao transístor exatamente as propriedades que precisamos no momento," detalhou Sistani.

A programação do transístor permite trabalhar com mais do que dois valores lógicos.
[Imagem: Masiar Sistani et al. - 10.1021/acsnano.1c06801]

Lógica multivalorada e uso industrial

Para dar uma ideia do ganho que se obtém com a flexibilidade do transístor ajustável, a equipe demonstrou que um circuito simples, capaz de fazer as quatro operações aritméticas, pode ser construído com apenas 24 transistores inteligentes, enquanto exige hoje 160 transistores comuns de silício.

"Até agora, a inteligência da eletrônica tem vindo simplesmente da interconexão de vários transistores, cada um dos quais tem apenas uma funcionalidade bastante primitiva. No futuro, essa inteligência poderá ser transferida para a adaptabilidade do próprio transístor," disse o professor Walter Weber, coordenador da equipe.

Essa flexibilidade do componente eletrônico é particularmente interessante para o campo do hardware voltado à inteligência artificial, mais especificamente da chamada lógica multivalorada, na qual componentes conhecidos como multibits trabalham não apenas com 0 ou 1, mas com um maior número de estados possíveis, fazendo uma ponte entre a eletrônica e a computação quântica.

E a aplicação industrial desta nova tecnologia não é algo distante no futuro: O germânio já é usado pela indústria microeletrônica, não exigindo nenhum processo de fabricação completamente novo. De certa forma, esta nova tecnologia de transistores adaptativos pode ser até mais simples: Hoje, os semicondutores precisam ser dopados, ou seja, enriquecidos com átomos de outros elementos, o que não é necessário com o transístor feito de germânio - ele é feito de germânio puro.

Mais tópicos