A funcionalidade dos dispositivos pode ser alterada simplesmente alterando nanomateriais e sem afetar o processo
Os pontos quânticos (vermelho), os nanotubos de carbono (cinza) e as nanofolhas de dissulfeto de molibdênio (branco-acinzentado) são, respectivamente, representantes dos nanomateriais da classe 0D, 1D e 2D, que podem ser coletados em larga escala usando o método de posicionamento baseado em grafeno com um campo elétrico auxiliar .Há quatro anos, a IBM anunciou que planejava investir US $ 3 bilhões no futuro da nanoeletrônica nos próximos cinco anos, como parte de seu vasto projeto de 7 nm e Beyond [7nm e Beyond]. Pelo menos um dos principais fabricantes de chips, a GlobalFoundries se deparou com o processo de 7 nm e a IBM pretende ir além, usando o grafeno para colocar nanomateriais em determinados lugares sem poluição química.
Um
estudo publicado na revista Nature Communications descreve como os cientistas da IBM eletrificaram o grafeno pela primeira vez de maneira a ajudar a localizar nanomateriais com 97% de precisão.
"Como esse método funciona com uma grande variedade de nanomateriais, imaginamos dispositivos integrados com funcionalidade baseada nas propriedades físicas exclusivas dos nanomateriais", disse
Matias Steiner , gerente de pesquisa da IBM Research no Brasil. "Também podemos imaginar detectores e emissores de luz em um chip que tem um comprimento de onda específico determinado pelas propriedades ópticas do nanomaterial".
Como exemplo, Steiner explicou que, se você precisar alterar as propriedades espectrais de um dispositivo optoeletrônico, poderá simplesmente substituir o nanomaterial, deixando o restante do processo de fabricação inalterado. Se continuarmos a desenvolver esse método ainda mais, será possível coletar diferentes nanomateriais em diferentes locais em várias passagens da linha de montagem e criar detectores de luz operando em diferentes janelas de frequência ao mesmo tempo ".
O processo pode ser descrito como um híbrido, combinando
abordagens de cima para baixo e de baixo para cima, de acordo com
Michael Ingel , membro da equipe de pesquisa brasileira. Há alguns anos, a IBM criou um desses processos híbridos que combinavam tecnologias de fabricação de cima para baixo - como a litografia - com tecnologias de baixo para cima que aumentam a eletrônica por meio da montagem automática.
Ingel explicou que o primeiro passo no processo híbrido é cultivar grafeno diretamente no substrato no qual o nanomaterial está sendo montado. A demonstração da empresa usou grafeno em carboneto de silício. Ingel observou que também é possível cultivar grafeno em outros materiais, como o cobre, e depois descascá-lo e colocá-lo em um substrato de silício ou óxido de silício.
O próximo passo é gravar grafeno para determinar a localização. Isso é feito em larga escala e pode ser considerado parte do processo tecnológico de cima para baixo.
O terceiro passo usa a tecnologia bottom-up, na qual os pesquisadores colocam camadas de grafeno em um campo elétrico alternado e, simultaneamente, colocam uma solução nanomaterial no topo. O nanomaterial escoa e fica entre os eletrodos opostos de grafeno.
“Portanto, o grafeno determina a localização e fornece orientação do campo elétrico e a força que prende o nanomaterial para sua montagem direcionada”, disse Ingel.
Na quarta etapa, os eletrodos de grafeno são gravados e operações de fabricação adicionais são realizadas para integrar dispositivos eletrônicos ou optoeletrônicos.
Antes disso, o método mais avançado era o uso de eletrodos de metal, difíceis de remover e que limitam a eficiência do dispositivo e o potencial de integração. "Acreditamos que a maior inovação neste trabalho é o arranjo de baixo para cima de uma ampla gama de nanomateriais com resolução em escala nanométrica em seções muito maiores de tamanhos milimétricos e com eletrodos facilmente removíveis", disse Steiner. “Os eletrodos de grafeno fornecem excelente alinhamento e densidade do nanomaterial, limitam a interação com produtos químicos e evitam linhas de metal, resultando em desempenho superior do dispositivo.”
Esse processo não poderá ajudar rapidamente a cumprir
a lei de Moore . Um dos maiores problemas, segundo Ingel, é o uso de soluções nanomateriais na produção industrial. "Isso exigirá progresso na padronização de soluções nanomateriais para obter resultados repetíveis e consistentes, além de adaptar o método a um campo elétrico auxiliar para uso em processos de fabricação de substratos", disse Ingel.
Embora a IBM não resolva a questão da padronização de nanomateriais, os pesquisadores continuam trabalhando na tecnologia, integrando vários nanomateriais para modificar circuitos integrados, como inversores elétricos ou geradores de anéis, para atender a diferentes requisitos. Os pesquisadores também estão desenvolvendo emissores de luz e detectores de chip cujas propriedades espectrais são determinadas pelo nanomaterial usado.