Transistores são dispositivos eletrônicos, utilizados para controle de corrente elétrica. Inclusive, eles são considerados por muitos como a base da Engenharia Eletrônica Moderna, aplicada a uma variedade de produtos e impulsionada por inovações em materiais e técnicas de fabricação.

Recentemente, uma equipe de pesquisadores chineses desenvolveu uma técnica inovadora para fabricar transistores monocamada a partir de materiais semicondutores bidimensionais (2D). Este avanço promissor pode levar à criação de dispositivos eletrônicos mais finos e escaláveis, com desempenho e funcionalidade aprimorados. Continue lendo este texto do Engenharia 360 para saber mais!

Como funcionam os transistores?

Antes de tudo, vale destacar que o funcionamento de um transistor é baseado no efeito de campo. Explicando melhor, quando uma pequena quantidade de corrente é aplicada à base, é criado um campo elétrico de controle que flui entre o coletor e o emissor. Nesse caso, o controle da corrente é feito com a quantidade de corrente aplicada à base, cuja barreira de potencial pode ser removida ou acrescida.

Os dispositivos semicondutores de transistores podem apresentar três terminais: base, coletor e emissor. Sendo a base especialmente com um terminal fino e curto, controlando a corrente que flui entre o coletor e o emissor.

Quais os principais tipos de transistores?

Existem dois tipos básicos de transistores:

Transistores bipolares

Esses transistores podem ter dois tipos de portadores de carga: elétrons e buracos. Nesse caso, a corrente elétrica flui através do transistor através da combinação de elétrons e buracos.

Transistores unipolares

Já esses transistores têm apenas um tipo de portador de carga. Um exemplo são os transistores de efeito de campo (FETs), unipolares, que usam campos elétricos para controlar a corrente.

Como os transistores são usados na engenharia?

Transistores são usados em uma ampla variedade de aplicações na Engenharia, incluindo:

• Computação: para construir circuitos digitais, que são a base dos computadores.
• Comunicação: para construir circuitos analógicos, que são usados para transmitir sinais de áudio e vídeo.
• Automação: para construir circuitos de controle, que são usados para controlar dispositivos e máquinas.
  

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Quais os desafios dos transistores monocamada?

Existem transistores utilizados na engenharia que são 2D. Esses transistores, aliás, são feitos de materiais bidimensionais (2D), ou seja, com apenas duas dimensões, como espessura e largura. Eles têm uma série de vantagens em relação aos transistores tradicionais. Por exemplo, são mais finos, leves e flexíveis, o que os torna ideais para aplicações em dispositivos modernos, como miniaturizados e vestíveis.

São exemplos de materiais 2D que podem ser utilizados em transistores o grafeno, o disseleneto de tungstênio e o dissulfeto de molibdênio (MoS2) - hoje altamente utilizados na fabricação de transistores monocamada devido às suas estruturas de rede estáveis. No entanto, esses materiais são frequentemente frágeis e requerem contatos elétricos robustos.

Nova Técnica de Peeling

Recentemente, foi divulgada uma pesquisa liderada por Wangying Li e Quanyang Tao, da Universidade de Hunan e da Academia Chinesa de Ciências, com foco em semicondutores 2D, como fósforo negro e arsenieto de germânio, conhecidos por sua finura, flexibilidade e alta mobilidade.

A nova técnica desenvolvida, chamada de Técnica de Peeling pode ser empregada para criar transistores monocamada com contatos 3D elevados a partir de materiais 2D, incluindo BP, GeAs, InSe e GaSe. A mesma consiste no descascamento camada por camada de um material 2D, deixando apenas uma única camada.

A saber, a pesquisa da Técnica de Peeling tem o potencial de abrir novos caminhos para o desenvolvimento de transistores mais finos e escaláveis.

Além disso, eles foram além, fabricando homojunções e homosuperredes, estruturas compostas por diferentes camadas do mesmo material 2D. Essa abordagem permitiu medir as propriedades elétricas dos transistores monocamadas e compará-las com as dos transistores multicamadas.

Descobertas e conclusões

Com a pesquisa desenvolvida, muito se aprendeu sobre propriedades elétricas dos materiais testados. Começando pela mobilidade da portadora do fósforo negro, que diminui quando se reduz a espessura do canal para uma única camada, indicando um comportamento mais semelhante a um semicondutor convencional do que a um material 2D puro. Por outro lado, a mobilidade portadora dos GeAs permaneceu alta, mesmo no limite da monocamada, sugerindo que o GeAs é um material 2D mais adequado para transistores monocamada.

Vale ainda dizer que o estudo não se limitou aos semicondutores 2D, mas no potencial de materiais como monocamadas orgânicas e monocamadas de perovskita, muitas vezes subestimados por suas propriedades intrínsecas pobres. Os mesmos podem se beneficiar da técnica de descascamento de van der Waals.

Os cientistas nos dão uma visão bem emocionante do futuro da eletrônica. Além disso, os transistores devem ser cada vez mais essenciais nos projetos de computação, comunicação e automação. A pesquisa com materiais 2D simboliza um avanço significativo na engenharia. Logo, podemos ver dispositivos eletrônicos mais finos e escaláveis.

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Fontes: Interesting Engineering.

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Eduardo Mikail

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