Uma propriedade inusitada, chamada “capacitância negativa”, pode de fato ser explorada para criar um novo tipo de transístor de baixo consumo de energia, validando uma teoria proposta em 2008.
A capacitância, ou armazenamento de uma carga elétrica, normalmente tem um valor positivo. No entanto, a teoria dizia que, usando o material ferroelétrico adequado no transístor seria possível produzir uma capacitância negativa, o que poderia resultar em um consumo de energia muito menor para operar o transístor.
Os materiais ferroelétricos alternam sua polarização quando uma determinada tensão elétrica crítica é atingida. Isso gera uma acumulação repentina de carga elétrica na superfície do material em uma intensidade que pode momentaneamente exceder a carga fornecida aos eletrodos pela fonte de energia. Se um resistor for colocado entre os eletrodos e a energia da fonte elétrica externa for sendo reduzida, produz-se uma diminuição da tensão no material ferroelétrico enquanto a carga ainda está aumentando. Consequentemente, a capacitância – carga dividida pela tensão – terá um valor negativo.
É um estado não-estável, de curta duração, mas que pode ser explorado na prática – é isto que acaba de ser demonstrado experimentalmente.
Transístor com capacitância negativa
A confirmação prática da teoria foi feita usando uma camada extremamente fina, ou 2-D, do semicondutor molibdenita (dissulfeto de molibdênio) para construir um canal adjacente a uma parte crítica dos transistores, chamada base. A seguir, um material ferroelétrico chamado óxido de háfnio-zircônio foi usado para compor, junto a essa nova base, o componente-chave da nova arquitetura do transístor – o capacitor negativo.
O óxido de háfnio já é amplamente utilizado como material dielétrico – isolante – nas bases dos transistores de hoje. Mas Mengwei Si, da Universidade Purdue, nos EUA, descobriu que o efeito de capacitância negativa pode ser obtido com um material similar, o óxido de zircônio-háfnio.
“O objetivo principal é fazer transistores mais eficientes, que consomem menos energia, especialmente para aplicações com restrições de energia, como telefones celulares, sensores distribuídos e componentes emergentes para a internet das coisas,” disse o professor Peide Ye, coordenador da equipe.
A teoria original para esse conceito foi proposta em 2008 por Sayeef Salahuddin e Supriyo Datta, colegas de Ye na mesma universidade.
Com ou sem velocidade
O transístor com capacitância negativa foi criado por um processo chamado deposição de camada atômica, que é comumente usado na indústria, tornando a abordagem potencialmente prática para a fabricação industrial.
Agora que os primeiros passos foram dados, a equipe pretende verificar se os transistores de capacitância negativa podem ser ligados e desligados rapidamente o suficiente para serem práticos para aplicações comerciais de alta velocidade.
“No entanto, mesmo sem um chaveamento ultrarrápido, o componente ainda pode ter um impacto transformador em uma ampla gama de dispositivos que podem operar em menor frequência e precisam operar com baixos níveis de energia,” disse Ye.
Origem: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=capacitancia-negativa&id=010110180201
Marcelo Peres
mpperes@guiadocftv.com.br
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