domingo, 31 de março de 2013

Pesquisadores brasileiros fabricam Transistor 3D

Pesquisadores da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – USP conseguiram projetar e fabricar o primeiro Transistor 3D do Brasil. Também conhecido como FinFET, esse tipo de transistor promete revolucionar a eletrônica e permitir a construção de dispositivos eletrônicos com superior poder de processamento, maior capacidade de memória, mais leves e compactos e com baixo consumo de energia. O projeto, que teve início em 2009, contou com o apoio da FAPESP, agência de fomento que financiou a pesquisa e parceria com cientistas da Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP e do Centro universitário FEI.
O que é um Transistor?
Dispositivo semicondutor inventado nos laboratórios da Bell Telephone em 1947 por Brattain, Bardeen e Shockley com intuito principal de substituir as válvulas eletrônicas (válvulas termiônicas) em equipamentos como rádios e computadores. O advento dos transistores permitiu construir equipamentos com dimensões reduzidas, maior processamento e menor consumo de energia. O Transistor funciona como amplificador de corrente, de sinal ou simplesmente como chave eletrônica, o que lhe possibilita ser chaveado (ligado e desligado) milhões de vezes por segundo.
Os transistores São fabricados com uma pastilha cristalina de um material semicondutor como o silício (Si), dopado com impurezas do tipo P, que possuem menos elétrons livres na camada de valência e do tipo N, que por sua vez, possuem mais elétrons livres. Ao se adicionar impurezas, ligações covalentes serão criadas com o silício, que pela natureza desse tipo de ligação, deixará elétrons livres. A qualquer fornecimento de energia na base do transistor, os elétrons livres do tipo N se desprendem para ocupar a lacuna deixada pela impureza do tipo P e vice-versa, configurando assim na corrente elétrica que flui entre os terminais coletor e emissor. Este é o transistor bipolar de junção.
Transistor MOSFET
 Os transistores MOSFET ou de Efeito de Campo MOS (Metal Oxide Semiconductor) são derivados dos transistores bipolares de junção, no entanto, diferenciam destes, na estrutura. O MOSFET possui uma fina camada de óxido de metal que isola o substrato da região de comporta, ao invés da junção, presente nos transistores bipolares.
O transistor MOSFET pode ser utilizado nas mesmas aplicações que os bipolares de junção e apresentam o mesmo princípio de funcionamento, no entanto, apresentam algumas vantagens: Ao se aplicar uma tensão ao terminal, consegue-se controlar a corrente que flui entre o dreno e a fonte.
O transistor 3D – FinFET
 No último dia 12 de dezembro, no simpósio Fronteras de la Ciencia – Brasil y España em los 50 años de la FAPESP em Salamanca, o professor João Antônio Martino, coordenador de um grupo de pesquisadores da Escola Politécnica da USP anunciou que o grupo havia conseguido projetar e fabricar um protótipo do transistor FinFET ou transistor 3D (Tri-Gate). Segundo Martino, “Agora, o Brasil também domina essa tecnologia. No mês de novembro, conseguimos fabricar os primeiros FinFETs totalmente desenvolvidos no país”.
Para Ricardo Rangel, colaborador da pesquisa, “A tecnologia de fabricação de transistores 3D permite aumentar a densidade de transistores por chip. Isto melhora o desempenho de circuitos e permite uma nova geração de microprocessadores e memórias”.
A estrutura dos transistores tradicionais é disposta na horizontal, com portas que permitem a passagem da corrente elétrica apenas na parte superior. Já os FinFETs possuem uma arquitetura tridimensional, ou seja, são estruturados na  vertical. Para Martino, “Além de permitir colocar mais transistores na mesma área de silício, a disposição vertical possibilita colocar portas para a passagem de corrente elétrica nas duas laterais e na parte de cima. Isso mais do que dobra a capacidade de processamento”.
O Brasil não é o único país a se dedicar ao desenvolvimento desta tecnologia. Em 2012, a Intel lançou a linha de processadores Ivy Bridge, que compõe a terceira geração de processadores Intel Core e que se tornou o primeiro produto comercial a contar com transistores 3D em sua arquitetura e possuem nada menos que 1,4 Bilhão de transistores, estes com uma ordem de grandeza de 22nm (nanômetros). O protótipo brasileiro possui 50x100x1000 nanômetros de largura, altura e comprimento, respectivamente. Para analogia, um fio de cabelo possui aproximadamente 70.000nm de espessura, ou seja, um metro dividido por 1.000.000.000, ou 70 milésimos de milímetro. “Ainda é uma versão simplificada, com apenas três camadas. Os circuitos da Intel têm entre 15 e 20 camadas. Mas, a partir desse protótipo, podemos evoluir até onde for necessário”, disse Martino.
Segundo Rangel, “A indústria de semicondutores procura manter a famosa tendência de evolução proposta pela lei de Moore, que é a dobrar a quantidade de transistores em um Circuito Integrado a cada 24 meses. Para isto é necessário aumentar a capacidade e qualidade dos dispositivos ao mesmo tempo em que se reduz suas dimensões”.
Produção em Larga Escala
 O protótipo do FinFET ainda está restrito ao meio acadêmico e depende de parcerias com a indústria. Segundo Martino, o próximo passo é aperfeiçoar o modelo. ”Por enquanto, ele está com um perfil acadêmico. Fomos até onde era possível em nível de pesquisa. Agora, precisamos de parceria com a indústria para desenvolver um modelo de uso comercial”.
Uma ótima notícia é a de que recentemente foi anunciada uma parceria entre o empresário Eike Batista e a IBM para a construção da mais moderna fábrica de semicondutores do hemisfério Sul, a Six Semicondutores, que contará com financiamento do Banco Nacional do Desenvolvimento Econômico e Social – BNDES e investimento previsto para 1 Bilhão de reais e que deverá operar até 2014 na cidade mineira de Ribeirão das Neves.
A Six Semicondutores visa ingressar o País em um setor de alta tecnologia, com forte demanda nacional e internacional na fabricação de chips, com o desenvolvimento e produção de circuitos integrados customizados. Iniciativas como esta, poderiam representar uma parceria de sucesso, já que a Universidade provou a viabilidade que o País tem de desenvolver pesquisas desse tipo. Para Rangel, “A universidade fez o seu papel: provou o conceito, demonstrou que temos a capacidade e formou profissionais capazes, no entanto, um novo trabalho rumo à produção em larga escala a universidade não fará sozinha e nem é sua função. Mas, estamos abertos à parcerias”.
Fontes: Intel , Info , Ebah

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