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O fim do silício na eletrônica (ART679)

Já há um bom tempo alguns especialistas apregoam que a era do silício estaria chegando ao fim. O limite do "encolhimento" dos dispositivos em que ele pode ser aplicado estaria perto de ser alcançado. A própria Lei de Moore estaria indicando isso. No entanto, não é isso o que pensam os cientistas da Intel que, partindo para novas tecnologias, conseguem dispositivos cada vez menores e mais eficientes. Veja neste artigo o que a Intel acha do assunto (Veja nota do autor).

 

Este artigo foi escrito em 2005 - no momento em que o reviso em 2010, novas tecnologias baseadas no carbono já estão começando a mostrar que esta tendência é real e que no futuro talvez ou o carbono substitua o silício ou os dois convivam em estruturas com finalidades diferentes. Dentre elas destacamos os chips orgânicos, baseados no carbono.

 

Segundo a Intel, o debate de que o silício estaria com os dias contados como material básico para a fabricação de dispositivos semicondutores não passa de uma tempestade num copo d'água.

Essa é a opinião de Sunlin Chou, vice presidente do Technology and Manufacturing Group (TMG) da Intel, um homem acostumado a pensar numa escala diferente.

 

Sunlin Chou - Vice Presidente do Technology and Manufacturing Group da Intel
Sunlin Chou - Vice Presidente do Technology and Manufacturing Group da Intel

 

O que o faz acreditar nisso já parte do início da fabricação de transistores com um processo de 50 nanômetros (50 bilionésimos de metro).

Cm esse processo, a comparação do tamanho dos dispositivos semicondutores com a espessura do cabelo humano se torna obsoleta. Para que o leitor tenha uma idéia, mil desses transistores correspondem à espessura de um fio de cabelo!

 

Nanotecnologia em Ação

Quando falamos em nanotecnologia nos referimos aos processos, materiais e estruturas usados para construir transistores e outros elementos de um circuito que sejam menores do que 100 nanômetros (nm).

Melhor do que um fio de cabelo, essas estruturas podem ser comparadas ao tamanho de um vírus, o menor de todos os microorganismos.

Com as tecnologias atuais é possível fabricar transistores que sejam menores do que um vírus, o que nos leva a tomar como padrão de medida para eles as dimensões de um único átomo.

Por exemplo, a camada de óxido da comporta (gate) de um transistor, um material isolante tem apenas 5 átomos de espessura o que resulta em alguma coisa mais do que 1 nanômetro.

Mas, e o silício, onde que ele entra nessa história?

Antigamente, a experiência das indústrias parecia indicar que existia um limite definido para o número de componentes que poderiam ser fabricados num wafer de material semicondutor.

Isso pode ser real, com os métodos tradicionais. Mas, se nos aprofundarmos nos recursos da nanotecnologia, as receitas para o trabalho com materiais e processos estão passando por uma transformação.

Com essas transformações, as limitações até então consideradas pela indústria não mais podem ser consideradas como absolutas. A lei de Moore deve ser revista.

Assim, no mundo da tecnologia, deve-se considerar o silício como um material semicondutor ainda extremamente eficiente.

 

O Silício e Novos Materiais

Quando se consegue diminuir o tamanho de um dispositivo semicondutor além da possibilidade de mais componentes por chip temos uma outra vantagem a ser considerada: aumento da velocidade.

A Intel, por exemplo, desenvolveu um método que permite aumentar a velocidade de seus transistores de 50 nm, usando silício tensionado (strained silicon).

O que se faz é colocar as moléculas de silício de modo que elas formem uma grade. Tensionando e liberando essa estrutura ela permite que os elétrons passem com mais velocidade e com menos resistência. Maior velocidade e menor resistência levam a transistores mais rápidos e conseqüentemente a chips mais rápidos.

A figura abaixo mostra a estrutura de um transistor de três-comportas (tri-gate), uma outra estrutura desenvolvida pela Intel, para aumentar o rendimento desse tipo de dispositivo semicondutor.

 

Figura 2 - Transistor tri-gate da Intel
Figura 2 - Transistor tri-gate da Intel

 

Este transistor emprega uma estrutura de comporta tridimensional, que permite que a corrente flua tanto pela face superior do transistor como pelas paredes laterais, aumentando assim sua área efetiva.

Segundo a Intel, a própria tecnologia do silício deve ser renovada com a introdução de novos materiais. Um exemplo disso é a substituição da fiação de alumínio por cobre.

Outra inovação é a substituição do dielétrico de dióxido de silício por um dielétrico denominado low-l (baixo-k).

A Intel também está trabalhando num novo dielétrico denominado "high-k" ue deve substituir o dióxido de silício nas estruturas de gate do transistores, reduzindo assim as correntes de fuga.

Outro ponto que ainda admite um largo espaço para a evolução de novas tecnologias ainda baseadas no silício é a relacionada com os nanofios e nanochips, estruturas que podem ser integradas nas novas tecnologias baseadas em silício como novas formas de transistores e conectores.

 

Conclusão

A pesquisa em nanotecnologia deve continuar no sentido de fornecer novos materiais e dispositivos. Esses novos materiais e dispositivos serão muito mas fáceis de fabricar e vender do que criar uma nova tecnologia baseada em outros materiais.

Enfim, ainda existe muito espaço para a tecnologia do silício, que diferente da Lei de Moore prevê, ainda pode resultar em novos dispositivos menores e mais rápidos.

O silício não acabou com material básico da eletrônica e é isso que a Intel releva, investindo em novas fábricas como, por exemplo, a nova em Chandler, Arizona onde foram investidos 3 bilhões de dólares para se fabricar chips em wafers de 300 mm.

 

Figura 3 - Wafer de 300 mm, fabricado pela Intel
Figura 3 - Wafer de 300 mm, fabricado pela Intel

 

Um wafer desse tamanho tem 225% mais área que os tradicionais de 200 mm, sendo mais fáceis de produzir, além de outras vantagens que recompensam plenamente o investimento da Intel.

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