Cientistas da Universidade de Warwick e do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá relataram a maior “mobilidade de buracos” já medida em um material que funciona dentro da fabricação de semicondutores baseados em silício de hoje.
O silício (Si) forma a base da maioria dos dispositivos semicondutores modernos, mas à medida que os componentes diminuem e são agrupados mais próximos, geram mais calor e se aproximam dos limites de desempenho fundamentais. O germânio (Ge), que apareceu em alguns dos primeiros transistores da década de 1950, está despertando interesse renovado porque os pesquisadores estão encontrando maneiras de aproveitar suas características elétricas superiores, mantendo os benefícios dos métodos de produção de silício estabelecidos.
Nova Inovação em Material Usando Germânio Estirado sobre Silício
Em um estudo publicado na Materials Today, uma equipe liderada pelo Dr. Maksym Myronov da Universidade de Warwick demonstrou um avanço significativo para a eletrônica de próxima geração. Os pesquisadores criaram uma epiderme de germânio ultra-fina sobre silício que está sob compressão. Esta estrutura engenheirada permite que a carga elétrica se mova mais rapidamente do que em qualquer material compatível com silício conhecido anteriormente.
O Dr. Maksym Myronov, professor associado e líder do Grupo de Pesquisa em Semicondutores do Departamento de Física da Universidade de Warwick, explica: “Semicondutores tradicionais de alta mobilidade, como o arsenieto de gálio (GaAs), são muito caros e impossíveis de integrar com a fabricação de silício convencional. Nosso novo material quântico de germânio estirado sobre silício (cs-GoS) combina mobilidade de ponta com escalabilidade industrial – um passo fundamental em direção a circuitos integrados práticos quânticos e clássicos em grande escala.”
Como a Equipe Alcançou Ultra-Alta Mobilidade
Os pesquisadores criaram o material inovador cultivando uma fina camada de germânio em um wafer de silício e aplicando uma quantidade precisa de compressão. Isso produziu uma estrutura cristalina excepcionalmente pura e ordenada que permite que a carga elétrica passe com resistência mínima.
Quando testado, o material alcançou uma mobilidade de buracos de 7,15 milhões de cm2 por volt-segundo (em comparação com aproximadamente 450 cm2 no silício industrial), um resultado sem precedentes que indica que elétrons e buracos podem viajar através dele com muito mais facilidade do que através do silício convencional. Essa melhoria pode levar a dispositivos eletrônicos que operam mais rapidamente e consomem menos energia.
Implicações para a Eletrônica do Futuro e Tecnologias Quânticas
O Dr. Sergei Studenikin, pesquisador principal do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá, afirma: “Isso estabelece um novo padrão para o transporte de carga em semicondutores do grupo IV – os materiais no coração da indústria eletrônica global. Isso abre portas para eletrônicos mais rápidos e eficientes em termos de energia e dispositivos quânticos totalmente compatíveis com a tecnologia de silício existente.”
As descobertas estabelecem uma nova rota promissora para componentes semicondutores ultra-rápidos e de baixa potência. Usos potenciais incluem sistemas de informação quântica, qubits de spin, controladores criogênicos para processadores quânticos, aceleradores de IA e servidores energeticamente eficientes projetados para reduzir as demandas de refrigeração em data centers.
Essa conquista também representa um feito significativo para o Grupo de Pesquisa em Semicondutores de Warwick e destaca a crescente influência do Reino Unido na pesquisa de materiais semicondutores avançados.
