Transístor de ponto quântico cria alternativa flexível à eletrônica de silício

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/11/2020

Os pontos quânticos emergem como um competidor sério na busca pela eletrônica pós-silício.
[Imagem: Hyeong Jin Yun et al. - 10.1038/s41467-020-18932-5]

Transístor de ponto quântico

Os pontos quânticos que deram um impulso na qualidade da imagem das TVs prometem agora dar um impulso na capacidade e na velocidade de processamento dos computadores.

Hyeong Yun e colegas do Laboratório Nacional Los Alamos e da Universidade da Califórnia criaram transistores de pontos quânticos totalmente funcionais e já demonstraram seu funcionamento em circuitos capazes de executar operações lógicas.

Os primeiros transistores de pontos quânticos em materiais semicondutores foram construídos em 2004, mas até agora vinha sendo difícil produzir as duas versões desse componente necessárias para fazer computações: os transistores de tipo p (positivo) e de tipo n (negativo).

Esses pares de transistores são complementares e são tão importantes que dão o nome à tecnologia mais tradicional da microeletrônica, a CMOS (sigla em inglês para semicondutor complementar de óxido metálico), que está na base dos processadores, chips de memória, sensores de imagem e demais dispositivos eletrônicos.

Transistores do tipo p e n

Hyeong Yun conseguiu justamente construir transistores p e n usando pontos quânticos de seleneto de índio-cobre (CuInSe₂), livrando-se do problemático cádmio e outros metais pesados que normalmente entram na composição desses semicondutores, que funcionam como "poços de elétrons".

A técnica permite definir transistores do tipo p e n aplicando dois tipos diferentes de contatos metálicos (ouro e índio, respectivamente) - na verdade, o transístor nasce quando uma camada de pontos quânticos comuns é aplicada no topo dos contatos pré-padronizados.

"Esta abordagem permite a integração direta de um número arbitrário de transistores do tipo p e n complementares na mesma camada de pontos quânticos, preparada como um filme contínuo não padronizado por meio de espalhamento rotativo," contou o professor Victor Klimov.

Como os dois tipos de transistores são construídos na mesma pastilha, isso permitiu à equipe usá-los para demonstrar circuitos eletrônicos totalmente funcionais.

Como funcionam pelas regras da mecânica quântica, os transistores de pontos quânticos também poderão ser úteis para a spintrônica e para a computação quântica.
[Imagem: Hyeong Jin Yun et al. - 10.1038/s41467-020-18932-5]

Eletrônica de pontos quânticos

Desde seu nascimento, a microeletrônica tem-se baseado no silício de altíssima pureza, processado em ambientes de sala limpa especialmente criadas para isso.

Recentemente, contudo, o silício tem sido desafiado por várias tecnologias alternativas - normalmente chamadas de tecnologias pós-silício - que permitem a fabricação de circuitos eletrônicos complexos fora de uma sala limpa, por meio de técnicas químicas mais baratas e acessíveis.

Nanopartículas semicondutoras coloidais, produzidas com técnicas químicas em ambientes muito menos rigorosos são uma dessas tecnologias emergentes. Devido ao seu pequeno tamanho e propriedades exclusivas diretamente controladas pela mecânica quântica, essas partículas são chamadas de pontos quânticos.

Um ponto quântico coloidal consiste em um núcleo semicondutor coberto por moléculas orgânicas. Como resultado dessa natureza híbrida, eles combinam as vantagens dos semicondutores tradicionais bem conhecidos com a versatilidade química dos sistemas moleculares.

Essas propriedades são atraentes para a realização de novos tipos de circuitos eletrônicos flexíveis, que podem ser impressos em praticamente qualquer superfície, incluindo plástico, papel e até mesmo na pele humana. Essa capacidade pode beneficiar várias áreas, incluindo eletrônicos de consumo, segurança, sinalização digital e diagnósticos médicos.

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