Transístor quântico mais próximo da aplicação prática

O TFET é um novo tipo de transístor FET (transístor de efeito de campo) que usa o fenômeno quântico do tunelamento, pelo qual os elétrons atravessam uma barreira sólida do material. [Imagem: Deblina Sarkar et al. – 10.1038/nature15387]

Transístor quântico

A molibdenita, já próxima do uso industrial, ampliou ainda mais a vantagem em relação ao seu parente mais famoso, o grafeno.

Deblina Sarkar e seus colegas da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, nos EUA, construíram um transístor de molibdenita que opera com uma tensão de apenas 0,1 V.

Isto abre o caminho para criar circuitos integrados extremamente densos – com muitos transistores por área -, com baixo consumo de energia e baixa dissipação de calor. Isto sem falar em equipamentos portáteis cujas baterias poderão durar semanas.

Trata-se de um novo tipo de transístor FET (transístor de efeito de campo, na sigla em inglês) que usa o fenômeno quântico do tunelamento, pelo qual os elétrons atravessam uma barreira sólida do material.

Este novo tipo de transístor é chamado TFET (transístor de efeito de campo por tunelamento), sendo essencialmente um “transístor quântico”.

Em vez de usar uma corrente elétrica para controlar outra corrente elétrica que passa por uma barreira de potencial, o transístor TFET controla a quantidade de corrente que pode tunelar pela barreira de potencial, algo que exige uma tensão de operação muito menor e funciona consumindo uma potência 90% menor do que os FET.

Transístor de tunelamento opera a 0,5 V

Transístor TFET

O resultado é que este é o primeiro transístor monocamada a romper com o limite teórico dos transistores FET, operando abaixo dos 60 mV por década, um objetivo longamente perseguido pela ITRS, a associação que reúne os maiores fabricantes de semicondutores do mundo.

A unidade “volts por década de corrente” refere-se à quantidade de energia necessária para polarizar o eletrodo para obter o efeito desejado, e uma década representa uma ordem de grandeza na escala de densidade de corrente – por exemplo, 103 para 104 A/cm2.

A porção ativa do TFET é uma camada de sulfeto de molibdênio de apenas duas moléculas de espessura (1,3 nanômetro), depositada como um substrato do semicondutor germânio, que funciona como eletrodo.

Assim como o grafeno, a molibdenita é um material unidimensional – formado por uma única camada atômica. A rigor, o que se convencionou chamar de molibdenita é uma família de materiais, chamados calcogenetos amorfos, que incluem a molibdenita propriamente dita, ou dissulfeto de molibdênio (MoS2), o dissulfeto de tungstênio (WS2), o disseleneto de tungstênio (WSe2) e outros.