Imec, ASML e TSMC dão passo histórico em direção aos chips pós-silício com transistores 2D

Em um avanço significativo para a indústria de semicondutores, o centro belga de microeletrônica Imec, em parceria com a ASML e a TSMC, anunciou a integração bem-sucedida de transistores complementares (CMOS) utilizando materiais bidimensionais (2D) de nível atômico em uma bolacha (wafer) padrão de 300mm.

O que muda com a tecnologia 2D?

A grande conquista desta colaboração foi atingir um passo de grade de contato (CPP) de 50nm — uma métrica crucial que define a distância entre um transistor e outro. Para efeito de comparação, o nó de 10nm da Intel utiliza um espaçamento de 54nm. Ao demonstrar que é possível realizar essa integração em wafers de 300mm utilizando o processo de litografia EUV (ultravioleta extrema) padrão, a equipe pavimenta o caminho para uma nova era de dispositivos lógicos após o silício.

Enquanto a indústria busca alternativas para superar as limitações físicas do silício em escalas nanométricas, a tecnologia de semicondutores 2D, como o dissulfeto de molibdênio (MoS₂), oferece uma espessura atômica que garante um controle de porta superior aos “nanosheets” de silício convencionais. Isso permite que os dispositivos operem com tensões mais baixas e alcancem maior densidade.

Inovação no processo de fabricação

Historicamente, a resistência de contato tem sido o maior obstáculo para a miniaturização de transistores 2D. Para resolver isso, a equipe inverteu a ordem de fabricação convencional: eles criaram primeiro os sulcos de contato preenchidos com tungstênio e, posteriormente, transferiram o material do canal 2D sobre eles. Esse processo, chamado de “transistor de película fina reverso”, permitiu que tanto os dispositivos n-type quanto p-type fossem desligados corretamente, resolvendo um gargalo de longa data na performance de dispositivos do tipo p.

É importante destacar que, embora este seja um avanço tecnológico impressionante, essa tecnologia ainda não está disponível comercialmente no Brasil e não se espera que chegue aos produtos de consumo em curto prazo. A indústria prevê a implementação inicial desses componentes em áreas específicas, como a parte traseira de wafers, antes de uma adoção em massa nos processadores convencionais.

O futuro da computação e dos semicondutores

Apesar de estarmos falando de avanços em laboratório, a integração entre o design de semicondutores e a fabricação avançada é o que move a inovação em hardwares de alto desempenho. Enquanto o mercado aguarda o desenvolvimento dessas novas arquiteturas, o setor de IA continua sendo o grande motor de demanda para semicondutores. Empresas como a Amazon já buscam desafiar líderes de mercado no fornecimento de chips de inteligência artificial, impulsionando a necessidade de processos de fabricação cada vez mais eficientes e densos.

Além disso, a evolução da infraestrutura de chips também se relaciona com o interesse dos usuários em como a tecnologia é aplicada. É interessante notar que, enquanto a indústria de semicondutores avança, setores de software lidam com desafios de aceitação, como visto em discussões sobre a implementação da IA em serviços digitais.

Conclusão

O anúncio feito durante o IEEE/JSAP VLSI Technology and Circuits Symposium marca um passo técnico importante na transição dos materiais convencionais para as estruturas bidimensionais. Embora o roteiro da IRDS projete a industrialização dessa tecnologia apenas para o horizonte de 2034 ou além, a prova de conceito realizada em um ambiente de fabricação padrão de 300mm oferece uma visão sobre como as futuras gerações de processadores podem superar as atuais barreiras de densidade e eficiência energética.