Pesquisadores do MIT, em parceria com outras instituições, desenvolveram uma técnica inovadora que pode transformar o futuro dos eletrônicos, tornando-os mais rápidos, compactos e com menor consumo de energia. A solução está na integração de transistores de nitreto de gálio (GaN), material semicondutor de alto desempenho, diretamente em chips de silício, usando um processo de baixo custo e compatível com as fábricas de semicondutores atuais.
Publicado pelo MIT News, o estudo descreve um avanço importante. Em vez de usar grandes quantidades de GaN (caro e difícil de trabalhar), os cientistas criaram um processo para fabricar minúsculos transistores, chamados dielets, que são recortados individualmente e colados em chips de silício com altíssima precisão, usando ligações de cobre a baixas temperaturas. O resultado são chips híbridos 3D que combinam o melhor dos dois mundos: o desempenho do GaN com a escalabilidade do silício.
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Essa arquitetura já foi usada para criar amplificadores de potência com mais ganho de sinal e maior largura de banda do que dispositivos baseados apenas em silício. Em smartphones, por exemplo, isso pode significar chamadas com melhor qualidade, conexões mais rápidas e maior duração de bateria.
Alto potencial
“O nitreto de gálio tem um potencial incrível, mas o custo sempre foi um obstáculo. Ao usar apenas a quantidade necessária de GaN e integrar com silício de forma eficiente, abrimos caminho para aplicações comerciais viáveis em escala”, explicou Pradyot Yadav, doutorando do MIT e autor principal do artigo.
O processo é tão preciso que permite o posicionamento das peças com exatidão nanométrica. A equipe ainda desenvolveu uma ferramenta especializada para garantir a colocação correta dos transistores. A técnica usa calor e pressão moderados para unir os materiais sem danificá-los, diferente de processos anteriores que dependiam de ouro, caro e menos compatível com a indústria.
A abordagem também promete ganhos para o futuro da computação quântica, já que o GaN oferece melhor desempenho em temperaturas criogênicas, essenciais para essa tecnologia.
O trabalho foi apresentado no IEEE RFIC Symposium e contou com apoio do Departamento de Defesa dos EUA, DARPA e centros de pesquisa como o MIT.nano, o Air Force Research Laboratory e o Georgia Tech.
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