TX, 20/08/2025
Por Silvia Cernea
Uma equipe de cientistas de materiais da Rice University desenvolveu uma nova maneira de crescer semicondutores ultrafinos diretamente sobre componentes eletrônicos.
O método, descrito em um estudo publicado na ACS Applied Electronic Materials, pode ajudar a simplificar a integração de materiais bidimensionais em eletrônicos de próxima geração, computação neuromórfica e outras tecnologias que exigem semicondutores ultrafinos e de alta velocidade.
Os pesquisadores utilizaram deposição química a vapor (CVD) para crescer dissileneto de tungstênio, um semicondutor 2D, diretamente sobre eletrodos de ouro padronizados. Em seguida, demonstraram a abordagem construindo um transistor funcional como prova de conceito. Diferentemente das técnicas convencionais, que exigem a transferência de filmes 2D frágeis de uma superfície para outra, o método da equipe da Rice elimina completamente a etapa de transferência.
“Esta é a primeira demonstração de um método de crescimento de dispositivos 2D sem transferência”, disse Sathvik Ajay Iyengar, doutorando em Rice e um dos primeiros autores do estudo, ao lado do ex-aluno de doutorado Lucas Sassi. “É um passo sólido rumo à redução das temperaturas de processamento e à viabilização de um processo de integração de semicondutores 2D sem transferência.”
A descoberta começou com uma observação inesperada durante um experimento de rotina.
“Recebemos uma amostra de um colaborador que tinha marcadores de ouro padronizados”, explicou Sassi. “Durante o crescimento por CVD, o material 2D formou-se predominantemente sobre a superfície de ouro. Esse resultado surpreendente despertou a ideia de que, ao padronizar contatos metálicos de forma deliberada, poderíamos orientar o crescimento de semicondutores 2D diretamente sobre eles.”
Os semicondutores são fundamentais para a computação moderna e, à medida que a indústria corre em direção a componentes menores, mais rápidos e eficientes, integrar materiais de alto desempenho e atomicamente finos, como o dissileneto de tungstênio, torna-se uma prioridade crescente.
A fabricação convencional de dispositivos exige o crescimento do semicondutor 2D separadamente, geralmente em temperaturas muito altas, seguido de sua transferência por meio de várias etapas. Embora os materiais 2D prometam superar o silício em certos parâmetros, transformar esse potencial de laboratório em aplicações industriais tem se mostrado difícil — em grande parte devido à fragilidade dos materiais durante o processo de transferência.
“O processo de transferência pode degradar o material e comprometer seu desempenho”, disse Iyengar, integrante do grupo de pesquisa de Pulickel Ajayan, em Rice.
A equipe otimizou os materiais precursores para reduzir a temperatura de síntese do semicondutor 2D e demonstrou que ele cresce de forma controlada e direcional.
“Compreender como esses semicondutores 2D interagem com metais, especialmente quando crescem in situ, é realmente valioso para a fabricação de dispositivos e sua escalabilidade futura”, disse Ajayan, professor de engenharia e de ciência dos materiais e nanoengenharia em Rice.
Utilizando ferramentas avançadas de imagem e análise química, a equipe confirmou que o método preserva a integridade dos contatos metálicos, vulneráveis a danos em altas temperaturas.
“Muito do nosso trabalho neste projeto concentrou-se em provar que o sistema de materiais permanece íntegro”, disse Iyengar. “Estamos bem equipados aqui em Rice para estudar em detalhe a química envolvida nesse processo. Observar o que ocorre na interface entre esses materiais foi um grande motivador para a pesquisa.”
O sucesso do método está na forte interação entre o metal e o material 2D durante o crescimento, observou Sassi.
“A ausência de métodos confiáveis e sem transferência para o crescimento de semicondutores 2D tem sido uma grande barreira para sua integração em eletrônicos práticos”, disse ele. “Este trabalho pode desbloquear novas oportunidades para o uso de materiais atomicamente finos em transistores, células solares e outras tecnologias eletrônicas de próxima geração.”
Além dos desafios de fabricação, outro obstáculo importante no design de semicondutores 2D é a qualidade dos contatos elétricos, que exige não apenas barreiras de energia baixas, mas também desempenho estável e duradouro, escalabilidade e compatibilidade com uma ampla gama de materiais.
“Uma abordagem de crescimento in situ nos permite combinar várias estratégias simultaneamente para alcançar melhor qualidade de contato”, disse Anand Puthirath, coautor correspondente do estudo e ex-pesquisador de Rice.
O projeto teve origem em uma questão levantada durante uma iniciativa de pesquisa EUA–Índia: seria possível desenvolver um processo de fabricação de semicondutores para materiais 2D com orçamento limitado?
“Isto começou por meio de nossa colaboração com parceiros na Índia”, disse Iyengar, bolsista da Japan Society for the Promotion of Science e um dos primeiros beneficiários da Quad Fellowship, programa lançado pelos governos dos EUA, Índia, Austrália e Japão para apoiar jovens cientistas no estudo da interseção entre ciência, política e diplomacia. “Mostrou como parcerias internacionais podem ajudar a identificar restrições práticas e inspirar novas abordagens que funcionem em ambientes de pesquisa globais.”
Junto com colegas do grupo da Quad Fellowship, Iyengar coassinou um artigo defendendo “a necessidade de expertise na interseção entre STEM e diplomacia.”
“Um maior engajamento entre cientistas e formuladores de políticas é essencial para garantir que avanços científicos se traduzam em políticas práticas que beneficiem a sociedade como um todo”, disse Iyengar. “A ciência dos materiais é uma das áreas em que a colaboração internacional pode se mostrar inestimável, especialmente diante de restrições como a oferta limitada de minerais críticos e as interrupções nas cadeias de suprimentos.”
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Fonte:https://techxplore.com/news/2025-08-ultrathin-semiconductors-electronics-fragile.html
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