Físicos americanos fabricaram, à base de grafeno, um transistor, o mais rápido do mundo, cuja frequência de corte é de 100 gigahertz. O dispositivo ainda pode ser miniaturizado e otimizado, de modo que poderá, em breve, superar os dispositivos convencionais feitos à base de silício, diz a equipe. O transistor pode encontrar aplicações em comunicações na faixa de microondas e em sistemas de imageamento.
Phaedon Avouris, Yu-Ming Lin e colegas da IBM TJ Watson Research Center, em Nova York (EUA), iniciaram o processo de fabricação do transistor de efeito de campo (FET) pelo aquecimento de uma "bolacha" de carbeto de silício (SiC) para criar uma camada superficial de átomos de carbono, na forma de grafeno. Eletrodos paralelos como "fonte" e "dreno" foram depositados no grafeno, deixando os canais de grafeno expostos entre esses eletrodos, como mostrado na figura.Protegendo o grafeno
A próxima etapa é a mais complicada e demanda o depósito de uma fina camada isolante sobre o grafeno exposto, sem afetar suas propriedades eletrônicas. Para fazer isso, o primeiro passo consiste em depositar uma camada de 10 nm do polímero poli-hidroxiestreno (já usado na indústria de semicondutores) para proteger o grafeno. Em seguida, a camada de óxido convencional foi depositada, seguida de um eletrodo metálico que atua como porta do transistor.
O comprimento da porta é relativamente grande (240 nm), mas a mesma pode ser miniaturizada para melhorar a performance do dispositivo, declaram os pesquisadores.
O transistor de grafeno já conta com uma maior frequência de corte, superior aos dispositivos MOSFET à base de silício para o mesmo comprimento de porta (estes têm uma frequência de corte em torno de 40 GHz). Frequência de corte é aquela acima da qual um transistor sofre uma degradação significativa em seu desempenho. O novo dispositivo quebra o recorde anterior da própria IBM - 26 GHz -, noticiado em janeiro de 2009.
Relevância tecnológica
Diferentemente da maioria dos FETs à base de grafenos, que tinham sido fabricados a partir de flocos de grafeno, o dispositivo da IBM é feito usando técnicas já utilizadas pela indústria de semicondutores. "Nosso trabalho é a primeira demonstração de que dispositivos de alto desempenho, à base de grafeno, podem ser fabricados em escala de bolachas de forma tecnologicamente relevante", disse Avouris.
Um obstáculo para esses dispositivos à base de grafeno, contudo, é que não podem ser utilizados em circuitos digitais, tais como os usados em computadores. Isto ocorre porque o grafeno tem um gap de energia nulo, entre sua banda de condução e de valência. É exatamente tal lacuna que permite que os semicondutores convencionais sejam utilizados como chaveadores de corrente ON e OFF.
Ao invés de usados em circuitos digitais, tais transistores de alta frequência podem ser usados, por exemplo, para amplificar sinais de micro-ondas em comunicações e aplicações de imageamento, incluindo radar de alta resolução, imagens médicas e de segurança.
Os pesquisadores da IBM planejam agora reduzir as dimensões dos transistores, melhorar a pureza do grafeno e otimizar a arquitetura do dispositivo. "Tais transistores têm o potencial de superar sobremaneira os dispositivos convencionais", disse Avouris.
A equipe procura também maneiras de criar um gap de energia (band gap) no transistor à base de grafeno, para que este possa ser utilizado em aplicações digitais.
Nanotechweb (Tradução AGS.).
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