Cientistas da Universidade de Warwick e do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá alcançaram a maior mobilidade de furos já medida em um material compatível com silício. Usando uma camada de germânio deformado por compressão sobre silício, eles atingiram 7,15 milhões de cm² por volt-segundo. Esse avanço promete eletrônicos mais rápidos, mais frios e avanços em dispositivos quânticos.
O silício sustenta a maioria dos dispositivos semicondutores modernos, mas à medida que os componentes encolhem, produzem mais calor e atingem limites de desempenho. O germânio, usado em transistores do início dos anos 1950, está ganhando atenção por suas melhores propriedades elétricas, ao mesmo tempo em que se adapta aos processos de fabricação de silício.
Em um estudo publicado em Materials Today, uma equipe liderada pelo Dr. Maksym Myronov na Universidade de Warwick desenvolveu uma camada epitaxial de germânio nanométrica fina sobre silício sob deformação compressiva. Essa estrutura permite que a carga elétrica se mova com resistência mínima, superando qualquer material compatível com silício anterior.
Os pesquisadores cultivaram uma camada fina de germânio em uma obreia de silício e aplicaram deformação compressiva precisa para criar uma estrutura cristalina pura. Testes mostraram uma mobilidade de furos de 7,15 milhões de cm² por volt-segundo, em comparação com cerca de 450 cm² no silício industrial padrão. Isso significa que as cargas viajam muito mais facilmente, permitindo operação de dispositivos mais rápida e menor consumo de energia.
Dr. Maksym Myronov, Professor Associado e líder do Grupo de Pesquisa em Semicondutores da Universidade de Warwick, disse: "Semicondutores de alta mobilidade tradicionais, como arseneto de gálio (GaAs), são muito caros e impossíveis de integrar com a fabricação de silício convencional. Nosso novo material quântico de germânio deformado por compressão sobre silício (cs-GoS) combina mobilidade líder mundial com escalabilidade industrial – um passo chave para circuitos integrados quânticos e clássicos em grande escala práticos."
Dr. Sergei Studenikin, Oficial Principal de Pesquisa do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá, acrescentou: "Isso estabelece um novo marco para o transporte de cargas em semicondutores do grupo IV – os materiais no coração da indústria eletrônica global. Abre a porta para eletrônicos mais rápidos e eficientes em energia, e dispositivos quânticos totalmente compatíveis com a tecnologia de silício existente."
Aplicações potenciais incluem sistemas de informação quântica, qubits de spin, controladores criogênicos para processadores quânticos, aceleradores de IA e servidores eficientes em energia que reduzem as necessidades de resfriamento de data centers. Esse trabalho destaca o papel do Reino Unido na pesquisa de semicondutores.