Além do silício: diodo quântico pode criar nova eletrônica

Além do silício: diodo quântico pode criar nova eletrônica

Além do silício: diodo MIM quântico pode criar nova eletrônica
Um diodo MIM pode ser usado para executar algumas das funções dos componentes eletrônicos atuais, mas de uma forma fundamentalmente diferente. [Imagem: Cowell et al./Advanced Materials]

Pesquisadores da Universidade do Estado de Oregon, nos Estados Unidos, construíram um novo componente eletrônico que vinha desafiando a ciência há quase 50 anos.

Douglas Keszler e seus colegas construíram um diodo MIM (metal-isolante-metal), que poderá se tornar a base para uma nova abordagem na construção de circuitos eletrônicos.

"Diodos fabricados até agora com outras técnicas sempre tiveram um rendimento e um desempenho fracos," explica Keszler. "Esta é uma forma básica de eliminar as atuais limitações de velocidade dos elétrons que têm que se mover através dos materiais."

Diodo quântico

Os circuitos eletrônicos são feitos com materiais à base de silício, usando transistores que funcionam controlando o fluxo dos elétrons.

Apesar de rápidos e relativamente baratos, esses componentes eletrônicos são limitados pela velocidade com que os elétrons podem mover-se através do silício e de outros materiais que entram em sua composição

Em contrapartida, um diodo MIM pode ser usado para executar algumas das funções dos componentes atuais, mas de uma forma fundamentalmente diferente.

O novo componente se parece com um sanduíche, com uma camada de material isolante no meio de duas camadas de metal.

A grande vantagem é que os elétrons não têm que se mover através dos materiais - eles simplesmente tunelam através do isolante, aparecendo quase que instantaneamente do outro lado.

O tunelamento quântico é um efeito quântico que permite que um elétron - ou outra partícula - atravesse diretamente uma barreira. Isso é possível porque os elétrons apresentam comportamento tanto de partícula quanto de onda.

Metal amorfo

Os cientistas utilizaram um contato metálico amorfo para resolver os problemas que até hoje impediam a realização dos diodos MIM.

Até agora os cientistas vinham usando principalmente o alumínio, que produz uma superfície relativamente rugosa em nanoescala. A equipe de Keszler optou por uma liga metálica (ZrCuAlNi) que produz filmes finos extremamente lisos, que permite o controle muito mais preciso do fluxo de elétrons.

O material isolante é o tradicional óxido de silício (SiO2).

Segundo os pesquisadores, os diodos foram fabricados "a temperaturas relativamente baixas", usando técnicas que podem ser ampliadas para uso em uma grande variedade de substratos e em pastilhas de grandes dimensões.

Além do silício

"Quando começou o desenvolvimento de materiais mais sofisticados para a fabricação de telas e monitores, [a indústria] sabia que um diodo MIM era tudo o que eles precisavam, mas ninguém havia conseguido fazê-lo funcionar," diz Keszler.

"Agora nós podemos, e ele poderá ser usado com uma grande gama de metais baratos e largamente disponíveis, como cobre, níquel ou alumínio. Ele é também muito mais simples, mais barato e mais fácil de fabricar," comemora o pesquisador, que já requereu uma patente para a fabricação do diodo MIM.

"Há muito tempo todo o mundo procura algo que nos possa levar além do silício. Esta poderá ser uma forma de imprimir componentes eletrônicos em escalas gigantescas, a um custo mais baixo do que é feito hoje. E quando esses produtos começarem a emergir, os ganhos na velocidade de operação dos circuitos será enorme," antevê ele.