Cientistas chineses apresentam transistor mais rápido e eficiente do mundo, com foco em nanoescala e novos materiais

Pesquisadores da Universidade de Pequim, na China, anunciaram a criação do que classificam como o transistor mais rápido e eficiente já desenvolvido, com foco na aplicação em tecnologias de nanoescala e em novos paradigmas da eletrônica. O estudo foi publicado recentemente e propõe o uso de materiais 2D à base de bismuto em vez do tradicional silício, o que pode revolucionar a próxima geração de circuitos integrados.

Segundo o artigo científico, o novo dispositivo é um transistor de efeito de campo GAAFET (Gate-All-Around Field-Effect Transistor), que já é adotado por empresas como Intel, TSMC e Samsung, mas agora com um diferencial: ele é feito com materiais alternativos capazes de superar as limitações da miniaturização dos semicondutores abaixo dos 3 nanômetros.

Transistor mais rápido e eficiente da atualidade

O novo transistor desenvolvido pelos cientistas chineses apresenta 40% mais velocidade e 10% mais eficiência energética em comparação com os FinFETs mais modernos, que são utilizados nos chips de ponta disponíveis atualmente no mercado. Essa diferença de desempenho pode representar um salto significativo para a indústria de semicondutores, especialmente no contexto da busca por dispositivos menores, mais rápidos e com menor consumo de energia.

O GAAFET 2D proposto na pesquisa utiliza bismuto como principal material semicondutor, diferentemente do silício amplamente empregado até então. De acordo com os pesquisadores, o uso do bismuto permite contornar barreiras físicas e elétricas que limitam o desempenho de transistores baseados em silício quando se tenta miniaturizar ainda mais os componentes eletrônicos.

Por que o uso do bismuto é importante?

O silício tem sido o material dominante na indústria de chips desde a criação do primeiro transistor, mas ele possui limitações intrínsecas, principalmente quando se tenta fabricar dispositivos com dimensões menores que 3 nm. A substituição do silício por materiais mais versáteis, como o bismuto em escala atômica, abre possibilidades para novas configurações de chips, mais rápidos e eficientes.

Os cientistas explicam que os materiais 2D — com apenas uma ou poucas camadas atômicas de espessura — oferecem melhor controle eletrostático, fundamental para o funcionamento dos transistores em escalas ultra-reduzidas. O bismuto, especificamente, apresenta excelente mobilidade eletrônica e comportamento estável, mesmo em dimensões mínimas.

Nanotecnologia aplicada à eletrônica do futuro

O novo transistor é um exemplo direto de como a nanotecnologia em semicondutores está transformando os limites da engenharia eletrônica. O GAAFET 2D à base de bismuto pode se tornar a base de processadores, chips de inteligência artificial e sensores ultracompactos nas próximas décadas.

A configuração GAAFET (gate-all-around) já é considerada a sucessora natural dos FinFETs, por oferecer melhor controle de corrente elétrica ao redor do canal do transistor. Agora, com a adição dos materiais 2D, os dispositivos ganham uma nova dimensão de performance e eficiência energética.

Segundo Peng Hailin, professor de química física e líder da pesquisa na Universidade de Pequim, o projeto pode representar um divisor de águas.

“Se as inovações em chips baseadas em materiais existentes são consideradas um atalho, então nossos transistores baseados em materiais 2D são como ‘mudar de faixa’”, disse o cientista. Ele ainda complementa: “Nossa pesquisa demonstra que os GAAFETs 2D exibem desempenho e eficiência energética comparáveis aos transistores comerciais de silício, o que os torna candidatos promissores para a próxima geração de semicondutores”.

Implicações do novo transitor para a indústria global de chips

O avanço anunciado pelos cientistas chineses pode ter grandes implicações para a indústria global de eletrônicos. Empresas como Intel, Samsung e TSMC já trabalham com GAAFETs há anos, mas enfrentam barreiras na miniaturização e custos elevados de produção. A introdução de novos materiais pode reduzir esses custos e ampliar o desempenho dos chips, mantendo o ritmo da chamada Lei de Moore, que prevê a duplicação do número de transistores em um chip a cada dois anos.

A substituição do silício por materiais alternativos mais eficientes pode ser essencial para manter a evolução da capacidade de processamento dos chips, especialmente em áreas como:

• Inteligência Artificial
• Computação quântica
• Computação em nuvem
• Dispositivos vestíveis
• Sensores médicos e industriais

Próximos passos da pesquisa

Embora os resultados laboratoriais sejam promissores, os pesquisadores reconhecem que a aplicação comercial ainda exigirá avanços em processos de fabricação em larga escala, testes de confiabilidade e integração com arquiteturas já existentes.

O objetivo agora é buscar parcerias industriais e financiamento para protótipos funcionais em escala comercial, que possam competir diretamente com os chips de silício atuais, tanto em desempenho quanto em viabilidade econômica.

O estudo mostra que a China tem investido fortemente em pesquisa de materiais avançados, buscando reduzir sua dependência de tecnologias estrangeiras no setor estratégico de semicondutores.

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