Indústria de semicondutores está apostando em materiais 2D inadequados

Eletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 04/05/2026

O problema é a lacuna

O foco das pesquisas em materiais bidimensionais – ou monoatômicos, ou materiais de van der Waals – até parece estar correto, mas os materiais apontados como mais promissores, como o grafeno e a molibdenita, podem não ser a melhor aposta para que a indústria dê um salto tecnológico.

Pesquisadores demonstraram agora que muitos materiais 2D, que vêm sendo considerados altamente promissores, são, na verdade, inadequados para a miniaturização da microeletrônica.

Acontece que o conceito básico dos transistores que compõem os chips de computador se baseia em um princípio simples: A condutividade de um semicondutor, que pode ser inclusive um material 2D ultrafino, pode ser modulada entre estados condutores e não condutores. Isso significa que não basta ter o melhor semicondutor – é preciso contar com uma camada isolante para separar os eletrodos.

E aí começam os problemas: Quando materiais 2D são combinados com uma camada isolante, forma-se uma lacuna extremamente fina entre eles, degradando drasticamente as propriedades eletrônicas do material ativo, o que significa que os testes do material em si não podem ser transpostos para componentes eletrônicos reais. Assim, não basta estudar as propriedades do material em si. Os efeitos da interface entre o semicondutor e o isolante, ou dielétrico, também devem ser levados em consideração.

Ligações fracas

O caminho natural é tentar tornar a camada isolante a mais fina possível, para permitir o controle preciso dos campos elétricos nos materiais 2D, possibilitando fabricar componentes pequenos, compactos e com a eficiência esperada com base nas propriedades dos materiais ativos. No entanto, quando essas estruturas são analisadas em escala atômica, surge um problema que até agora recebeu pouca atenção.

“Em muitas combinações de materiais 2D e camadas isolantes, a ligação entre eles é relativamente fraca,” explicou Grasser. “Elas são mantidas unidas apenas pelas chamadas forças de van der Waals, que proporcionam apenas uma fraca atração entre o semicondutor e o isolante. Como resultado, as duas camadas não entram em contato próximo – sempre há um espaço entre elas.”

Essa lacuna é minúscula – apenas cerca de 0,14 nanômetro, mais fina do que um único átomo de enxofre – mas tem um grande impacto no desempenho eletrônico. “Essa lacuna enfraquece o acoplamento capacitivo entre as camadas. Não importa quão boas sejam as propriedades intrínsecas dos materiais, a lacuna pode se tornar o fator limitante. Enquanto existir, ela impõe um limite fundamental ao quanto esses dispositivos podem ser miniaturizados.”

Esquema de uma interface tipo zíper, que elimina a pequena, mas incômoda, lacuna entre dois materiais 2D.
[Imagem: Pourfath/Grasser – 10.1126/science.aeb2271]

Materiais tipo zíper

A boa notícia é que Mahdi Pourfath e Tibor Grasser, da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria, desenvolveram uma abordagem que permite identificar quais materiais não são afetados por esse problema, potencialmente evitando que a academia e a indústria de semicondutores invistam bilhões em tecnologias que são fundamentalmente limitadas pelas leis da física.

Os dois pesquisadores apontam como solução os chamados “materiais zíper”, que combinam ambos os aspectos: O semicondutor e o isolante se interligam – eles não estão apenas conectados por forças de van der Waals, mas formam uma ligação mais forte que elimina a lacuna.

“Se a indústria de semicondutores quiser ter sucesso com materiais 2D, a camada ativa e a camada isolante devem ser projetadas em conjunto desde o início,” concluiu Pourfath.

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