Cientistas chineses atingem novo marco em transistores de alta frequência

Cientistas chineses obtiveram um avanço significativo na tecnologia de transistores de alta frequência, marcando um passo importante em direção à eletrônica de próxima geração. A informação foi compartilhada pelo Keji Ribao, parceiro da TV BRICS.

Pesquisadores do Instituto de Pesquisa em Metais da Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com diversas instituições de pesquisa, desenvolveram com sucesso o primeiro transistor de barreira silício-grafeno-germânio do mundo. O dispositivo alcançou ganho de corrente e frequência de corte recordes. A inovação abre caminho para transistores capazes de operar na faixa de terahertz (THz), essenciais para os futuros sistemas 6G e para tecnologias de sensoriamento de altíssima velocidade.

Com a implantação em larga escala do 5G e a aceleração das pesquisas voltadas ao 6G, cresce a demanda por transistores capazes de operar acima de 1 terahertz (THz), para suportar dispositivos de Internet das Coisas (IoT), sensores inteligentes e sistemas de comunicação de alta velocidade.

Nos últimos anos, os transistores verticais de base bidimensional que utilizam materiais 2D como o grafeno têm demonstrado grande potencial. No entanto, problemas como o tunelamento quântico de barreira e defeitos nas interfaces provocam dispersão significativa de portadores de carga, limitando o ganho de corrente e o desempenho em alta frequência.

Para enfrentar esse desafio central, a equipe de pesquisa desenvolveu uma arquitetura inovadora de dispositivo. Por meio da técnica de deposição química de vapor (CVD), os pesquisadores cultivaram uma camada de grafeno monocristalino sobre um substrato de germânio. Em seguida, empilharam com precisão uma fina película de silício monocristalino, formando uma heteroestrutura vertical de silício-grafeno-germânio.

A estrutura resultante aproveita as barreiras de Schottky assimétricas nas interfaces grafeno-silício e grafeno-germânio, além do efeito de capacitância quântica do grafeno. Essa combinação permite modular a função trabalho, isto é, a energia necessária para remover um elétron de um sólido ou líquido e levá-lo ao vácuo.

Esse design faz com que a variação de corrente no lado do germânio seja muito superior à observada no lado do silício. Como resultado, o dispositivo alcança um ganho de corrente em configuração de emissor comum de até 1,8 × 10⁷, o maior valor já registrado para um transistor.

Nas medições de radiofrequência (RF), o transistor atingiu uma frequência de corte intrínseca de 132 GHz, superando todos os transistores verticais de grafeno desenvolvidos anteriormente.

Modelagens e análises posteriores indicam que, com avanços tecnológicos específicos, como a otimização da concentração de dopagem dos materiais, a redução da resistência de contato e a minimização dos efeitos parasitas, a frequência teórica de operação do dispositivo poderá ultrapassar 1 THz. Esse resultado abre caminho para novas aplicações na faixa dos terahertz.

O estudo estabelece as bases para a aplicação prática de transistores de barreira em comunicações de radiofrequência e na faixa dos terahertz. Além disso, abre novas possibilidades tecnológicas para a futura Internet das Coisas (IoT), sistemas de sensoriamento em redes 6G e o processamento de sinais em altíssima velocidade.