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Pesquisadores desenvolvem liga semicondutora estável com carbono, silício, germânio e estanho, abrindo portas para o futuro da computação e fotônica.
Cientistas na Alemanha desenvolveram um material que nunca existiu. Trata-se de uma liga semicondutora que promete destravar o poder da tecnologia quântica. A inovação pode redefinir o futuro da microeletrônica e da fotônica.
O que é o novo semicondutor CSiGeSn?
O material inovador é uma liga estável que combina quatro elementos. Cientistas fundiram carbono (C), silício (Si), germânio (Ge) e estanho (Sn). Eles pertencem ao Grupo IV da tabela periódica.
A pesquisa foi conduzida pelo Forschungszentrum Jülich (FZJ) e pelo Instituto Leibniz de Microeletrônica Inovadora (IHP). O composto, abreviado como CSiGeSn, é o primeiro do seu tipo. Sua principal vantagem é ser totalmente compatível com os processos de fabricação de chips CMOS atuais. “Alcançamos um objetivo de longa data: o melhor semicondutor do Grupo IV“, afirma o pesquisador Dan Buca.
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Um grande avanço para a tecnologia de chips
A nova liga representa um salto na inovação de semicondutores. O silício, material dominante há décadas, possui limitações. O novo material supera as limitações do silício ao integrar fotônica e elementos quânticos diretamente no chip.
Ele permite um ajuste fino das propriedades eletrônicas e ópticas, algo que vai além do que o silício puro consegue. Além disso, ele mantém a delicada estrutura cristalina necessária para a produção dos chips. Adicionar carbono à matriz oferece um controle sem precedentes sobre parâmetros críticos do material.
O desafio de unir os elementos
Cientistas já experimentavam com silício, germânio e estanho para criar dispositivos como lasers e LEDs. No entanto, adicionar carbono à mistura era considerado quase impossível.
O motivo era seu tamanho atômico muito menor e o comportamento de ligação diferente do estanho. Usando um sistema avançado de deposição química de vapor (CVD), a equipe conseguiu combinar os quatro elementos. O resultado foi um material uniforme, estável e de alta qualidade.
De lasers a chips quânticos
Este material abre portas para funcionalidades inéditas em chips. Uma das possibilidades é um laser que funciona em temperatura ambiente. Outra é o desenvolvimento de termoelétricos eficientes, capazes de converter calor em energia elétrica para dispositivos vestíveis.
O avanço mais significativo pode ser na tecnologia quântica. A equipe criou com sucesso o primeiro diodo emissor de luz (LED) baseado nesta estrutura. “O material oferece uma combinação única de propriedades e compatibilidade com silício”, conclui o professor Giovanni Capellini. “Isso estabelece a base para componentes escaláveis de fotônica, termoelétrica e tecnologia quântica.”
A pesquisa de materiais é fundamental para o avanço da tecnologia. Grandes centros de pesquisas de grandes empresas chegam a criar centenas de novos materiais por ano para melhoria de produtos e processos, o que possibilita economia de materiais, menor custo do processo e melhor desempenho dos produtos. Nos EUA um percentual do faturamento das grandes empresas é usado para pesquisas e desenvolvimento, e isso não é muito visto no Brasil que acaba pagando royalties para uso de patentes estrangeiras. Sem pesquisa não existe desenvolvimento e o investimento em pesquisa é o caminho certo para industrialização do país…
Têm pesquisa de longo prazo bancada pelo Estado também.