Resultados de pesquisas da National University of Singapore, da Universidade de Kyoto, da KAIST e da UNIST revelaram três abordagens para enfrentar diferentes desafios no projeto de chips: reduzir os isolantes das interconexões de cobre, operar transistores de carbeto de silício em temperaturas extremamente altas e melhorar a estabilidade de transistores de canais verticais feitos de óxidos.
Isolante de carbono combina duas funções
Pesquisadores da National University of Singapore desenvolveram uma película de carbono amorfo com espessura atômica para isolar fios de cobre cujas dimensões continuam diminuindo. A película manteve uma constante dielétrica de 1,35 em espessuras entre 0,8 e 2,7 nanômetros, além de impedir a passagem de íons de cobre e suportar campos elétricos intensos.
A película foi fabricada por deposição química de vapor a temperaturas inferiores a 300 graus Celsius e cresceu diretamente sobre dióxido de silício, cobre e cobalto. O crescimento se estendeu de maneira uniforme por uma lâmina de quatro polegadas, incluindo as laterais e os cantos das estruturas gravadas.
Na espessura de 0,8 nanômetro, a película suportou um campo elétrico entre 28 e 31 megavolts por centímetro antes de perder sua capacidade de isolamento. A importância do resultado está na combinação de um isolamento de baixo valor de k com uma barreira que impede a migração do cobre dentro de uma única camada, o que pode deixar mais espaço para o próprio fio de cobre. No entanto, a equipe planeja, em colaboração com a TSMC, testar a confiabilidade de longo prazo, a escalabilidade e a compatibilidade com os processos de fabricação existentes, aspectos que ainda não foram resolvidos.
Transistores de SiC para ambientes de até 600 graus Celsius
Pesquisadores da Universidade de Kyoto desenvolveram transistores de efeito de campo de junção complementar de carbeto de silício (SiC JFETs) e demonstraram sua operação a uma temperatura de 600 graus Celsius.
O projeto adotou uma porta inferior para melhorar o controle da tensão de limiar, juntamente com um isolamento baseado em poços em vez de um substrato semi-isolante, com o objetivo de limitar a corrente de fuga em temperaturas elevadas. Essa estrutura reduziu a fuga a um nível próximo do limite teórico esperado para o material SiC.
O resultado ainda está no âmbito da pesquisa, pois a equipe pretende desenvolver circuitos mais complexos, avançar para a produção em nível de lâmina e verificar a capacidade de todo o encapsulamento de suportar ambientes extremos.
Isolante multicamadas para circuitos de computação dentro da memória
Pesquisadores da KAIST e da UNIST desenvolveram uma estrutura isolante multicamadas de nitreto de silício/dióxido de silício/nitreto de silício (SiN/SiO₂/SiN) para melhorar o desempenho de transistores de canais verticais feitos de óxidos, uma estrutura potencialmente associada ao uso em dispositivos de computação dentro da memória.
A estrutura funciona como um canal de transporte de oxigênio, ajudando a compensar de forma estável as vacâncias de oxigênio no semicondutor de óxido e, ao mesmo tempo, limitando a oxidação indesejada no eletrodo. Após mais de dez milhões de ciclos de teste de estresse elétrico, a variação da tensão de limiar permaneceu abaixo de 50 milivolts. Os pesquisadores também conseguiram integrar o semicondutor de óxido à tecnologia CMOS de silício convencional.
Por que esta notícia é importante?
Os três resultados lidam com limitações materiais e de engenharia distintas: a densidade das interconexões de cobre, a fuga em temperaturas elevadas e a instabilidade dos dispositivos verticais. Mas eles não representam produtos prontos nem processos de produção comercialmente comprovados; cada projeto precisa de testes adicionais de escalabilidade, confiabilidade e integração com as linhas de fabricação. Portanto, seu valor atual está em oferecer caminhos de pesquisa passíveis de avaliação, e não em anunciar uma transformação imediata na indústria de chips.